SD卡的分类以及常见属性

SD

SD卡（secure digital card）是SD卡协会开发的低成本，非易失性存储卡格式（相比较于RAM，SD卡掉电数据不丢失）；

随着本世纪电子威廉希尔官方网站 的高速发展，对于这种中等型号，节能、节省空间的存储器设备的需求一直在快速增长；

SD卡具有SDHC的速度等级，范围；2级（以2 MB / s的速度运行）；4级（以4MB / s的速度运行）；6级（以最高6 MB / s的速度运行）；10级（以最高的速度运行） 10 MB /秒；

SDXC卡以超高速运行，并以最高30 Mb/s的速度运行；还有视频速度等级，数据传输速率高达90MB/s。

SD卡速度级别

SD卡还具有不同的尺寸或形状因子，包括standard SD卡, mini SD卡 and micro SD卡；

卡尺寸分类

SD卡可以是通常具有高达4 GB的存储容量的标准SD卡，也可以是高达64 GB的高容量卡（SDHC）以及达到TB级的扩展容量（SDXC）。

卡容量

接口

SD卡可以在SD总线模式或SPI总线模式下运行，通常可以使用SDIO总线或者SPI对SD进行驱动；

下面主要以micro SD为例，就SDIO模式和SPI模式做简单做一下介绍；

microSD引脚输出，SD模式

microSD引脚输出，SPI模式

micro SD的引脚发布如下图所示；

协议

SD协议中，由于命令数据线和数据线是分开的，因此我们需要关注，命令的传输格式，以及数据的传输格式；

命令传输

命令以48位数据包的形式通过双向CMD引脚进行传输。

这些命令包包括命令索引，变量和CRC位。该命令始终通过主机发送，最终由SD卡接收。

回传的响应数据包也为48位。

整体命令如下图所示；

48位的命令格式

每个命令的恒定长度为6个字节。第一个字节是命令编号和数字64的 加法。例如：对于CMD0：命令编号0 + 64 = 64 = 0x40（十六进制）。

对于CMD1：十六进制命令号1 + 64 = 65 = 0x41。

随后是一组四个字节，称为参数。

这些参数通常包含数据的地址或块的长度。

最后一个字节是CRC（循环冗余校验）字节。

如果未启用CRC功能，则大多数SPI模式下的命令都不需要校验字节。

对于某些命令，例如CMD0，CRC为0x95，在大多数情况下，发送的是0xFF。

启用CRC要求您从微控制器发送正确的校验字节。因此，请确保启用或禁用了CRC功能。

发送命令的格式如下所示；

帧格式

R1响应0x01表示在响应之前发送的命令已导致卡进入空闲状态。响应字节0x00表示命令已被接受，SD卡将等待后续的事件发生。如果设置了R1响应中的任何其他位，则是错误的结果，并且将降低到图中每个R1响应位中提到的因数。

不同类型的响应及其含义如下所示；

响应

数据传输

在数据传输期间，传输的基本单位称为块，通常为512字节，并通过所有4个数据引脚进行传输。同样，在每次块传输之后，将发送16位CRC数据。

请注意，SD卡在状态下运行。每个状态都有不同的命令集，主机可以通过控件更改状态。

命令和数据信号通过时钟信号同步。最初，主机使用400KHz时钟与卡进行通信，但最终它会在传输过程中最大提高时钟速度，效率。

因为在初始化之前，主机不知道它是SD卡还是MMC卡。

默认情况下，MMC卡在初始化期间默认工作在漏极开路模式（100-400KHz），而SD卡工作在推挽模式（0-25Mhz）。

因此，最初，主机使用400KHz来保持与漏极开路和推挽模式的兼容性。

硬件设计

SDIO

这是从SD/MMC外设到SD卡插槽的4 Bit连接的示例。

使用Data[3..0]，CLK和CMD信号。

SD卡插槽暴露在外部环境中。即使未与任何其他设备连接，它也可能会受到人体中积累的静电电荷的影响，而当手指触摸该静电时，静电会释放到屏蔽中。

为了符合EMC规范，必须进行一些常规预防措施，以过滤和避免传导辐射。此外，SD卡规范还规定了上拉电阻和串联阻抗匹配电阻。

幸运的是，当SD在移动设备中如此普遍地传播时，已经有集成方案，它可以一次实现所有这些功能。

CM1624是EMI滤波器和线路终端设备的组合，带有集成的TVS二极管，可用于T-Flash / MicroSD接口。

SPI

下面在SPI模式下使用的SD卡的示例，根据SD Association的规范连接了MISO，MOSI，CLK和CS信号。

我们只需要在时钟线上应用滤波器以在非常恶劣的环境中改善EMC。

在SDIO模式或者SPI模式下，磁道都以高数据速率传输数据和时钟信号。

为了避免信号出现毛刺，必须考虑信号传播时间，以确保所有数据在时钟触发读取或写入的操作之前，接口处稳定。

所有数据信号的路径长度必须在十分之几毫米的长度内匹配，并且时钟长度必须长约1毫米。

为避免串扰，这些走线必须在其周围和下方保持良好的接地平面，并且还应通过足够数量的通孔连接各层。

总结

本文简单介绍了SD卡的分类以及常见属性，另外还简单介绍了SD卡的协议，在硬件设计上给出了SPI总线和SDIO总线的示例电路，篇幅有限，软件部分暂时没有进行展开介绍；

来源：本文转自小麦大叔

审核编辑：汤梓红