SD
SD卡(secure digital card)是SD卡協(xié)會開發(fā)的低成本,非易失性存儲卡格式(相比較于RAM,SD卡掉電數(shù)據(jù)不丟失);
隨著本世紀(jì)電子技術(shù)的高速發(fā)展,對于這種中等型號,節(jié)能、節(jié)省空間的存儲器設(shè)備的需求一直在快速增長;
sd卡SD卡具有SDHC的速度等級,范圍;2級(以2 MB / s的速度運行);4級(以4MB / s的速度運行);6級(以最高6 MB / s的速度運行);10級(以最高的速度運行) 10 MB /秒;
SDXC卡以超高速運行,并以最高30 Mb/s的速度運行;還有視頻速度等級,數(shù)據(jù)傳輸速率高達90MB/s。
SD卡速度級別SD卡還具有不同的尺寸或形狀因子,包括standard SD卡, mini SD卡 and micro SD卡;
卡尺寸分類SD卡可以是通常具有高達4 GB的存儲容量的標(biāo)準(zhǔn)SD卡,也可以是高達64 GB的高容量卡(SDHC)以及達到TB級的擴展容量(SDXC)。
卡容量
接口
SD卡可以在SD總線模式或SPI總線模式下運行,通常可以使用SDIO總線或者SPI對SD進行驅(qū)動;
下面主要以micro SD為例,就SDIO模式和SPI模式做簡單做一下介紹;
microSD引腳輸出,SD模式
引腳
引腳名稱
信號功能
1
DAT2
數(shù)據(jù)位2
2
CD / DAT3
卡檢測/數(shù)據(jù)位3
3
CMD
命令行
4
Vdd
電源電壓2.7v / 3.6v
5
Clk
時鐘
6
VS
地
7
DAT0
數(shù)據(jù)位0
8
DAT1
數(shù)據(jù)位1
microSD引腳輸出,SPI模式
引腳
引腳名稱
信號功能
1
NC
沒有連接
2
/CS
片選
3
DI
主輸出/從屬(MOSI)
4
Vdd
電源電壓2.7v / 3.6v
5
Clk
時鐘
6
Vss
地
7
DO
主進/從出(MISO)
8
RSV
已預(yù)留
micro SD的引腳發(fā)布如下圖所示;
協(xié)議
SD協(xié)議中,由于命令數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)線是分開的,因此我們需要關(guān)注,命令的傳輸格式,以及數(shù)據(jù)的傳輸格式;
命令傳輸
命令以48位數(shù)據(jù)包的形式通過雙向CMD引腳進行傳輸。
這些命令包包括命令索引,變量和CRC位。該命令始終通過主機發(fā)送,最終由SD卡接收。
回傳的響應(yīng)數(shù)據(jù)包也為48位。
整體命令如下圖所示;
48位的命令格式
每個命令的恒定長度為6個字節(jié)。第一個字節(jié)是命令編號和數(shù)字64的 加法。例如:對于CMD0:命令編號0 + 64 = 64 = 0x40(十六進制)。
對于CMD1:十六進制命令號1 + 64 = 65 = 0x41。
隨后是一組四個字節(jié),稱為參數(shù)。
這些參數(shù)通常包含數(shù)據(jù)的地址或塊的長度。
最后一個字節(jié)是CRC(循環(huán)冗余校驗)字節(jié)。
如果未啟用CRC功能,則大多數(shù)SPI模式下的命令都不需要校驗字節(jié)。
對于某些命令,例如CMD0,CRC為0x95,在大多數(shù)情況下,發(fā)送的是0xFF。
啟用CRC要求您從微控制器發(fā)送正確的校驗字節(jié)。因此,請確保啟用或禁用了CRC功能。
發(fā)送命令的格式如下所示;
幀格式R1響應(yīng)0x01表示在響應(yīng)之前發(fā)送的命令已導(dǎo)致卡進入空閑狀態(tài)。響應(yīng)字節(jié)0x00表示命令已被接受,SD卡將等待后續(xù)的事件發(fā)生。如果設(shè)置了R1響應(yīng)中的任何其他位,則是錯誤的結(jié)果,并且將降低到圖中每個R1響應(yīng)位中提到的因數(shù)。
不同類型的響應(yīng)及其含義如下所示;
響應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸
在數(shù)據(jù)傳輸期間,傳輸?shù)幕締挝环Q為塊,通常為512字節(jié),并通過所有4個數(shù)據(jù)引腳進行傳輸。同樣,在每次塊傳輸之后,將發(fā)送16位CRC數(shù)據(jù)。
請注意,SD卡在狀態(tài)下運行。每個狀態(tài)都有不同的命令集,主機可以通過控件更改狀態(tài)。
命令和數(shù)據(jù)信號通過時鐘信號同步。最初,主機使用400KHz時鐘與卡進行通信,但最終它會在傳輸過程中最大提高時鐘速度,效率。
因為在初始化之前,主機不知道它是SD卡還是MMC卡。
默認情況下,MMC卡在初始化期間默認工作在漏極開路模式(100-400KHz),而SD卡工作在推挽模式(0-25Mhz)。
因此,最初,主機使用400KHz來保持與漏極開路和推挽模式的兼容性。
硬件設(shè)計
SDIO
這是從SD/MMC外設(shè)到SD卡插槽的4 Bit連接的示例。
使用Data[3..0],CLK和CMD信號。
SD卡插槽暴露在外部環(huán)境中。即使未與任何其他設(shè)備連接,它也可能會受到人體中積累的靜電電荷的影響,而當(dāng)手指觸摸該靜電時,靜電會釋放到屏蔽中。
為了符合EMC規(guī)范,必須進行一些常規(guī)預(yù)防措施,以過濾和避免傳導(dǎo)輻射。此外,SD卡規(guī)范還規(guī)定了上拉電阻和串聯(lián)阻抗匹配電阻。
幸運的是,當(dāng)SD在移動設(shè)備中如此普遍地傳播時,已經(jīng)有集成方案,它可以一次實現(xiàn)所有這些功能。
CM1624是EMI濾波器和線路終端設(shè)備的組合,帶有集成的TVS二極管,可用于T-Flash/ MicroSD接口。
SPI
下面在SPI模式下使用的SD卡的示例,根據(jù)SD Association的規(guī)范連接了MISO,MOSI,CLK和CS信號。
我們只需要在時鐘線上應(yīng)用濾波器以在非常惡劣的環(huán)境中改善EMC。
在SDIO模式或者SPI模式下,磁道都以高數(shù)據(jù)速率傳輸數(shù)據(jù)和時鐘信號。
為了避免信號出現(xiàn)毛刺,必須考慮信號傳播時間,以確保所有數(shù)據(jù)在時鐘觸發(fā)讀取或?qū)懭氲牟僮髦?,接口處穩(wěn)定。
所有數(shù)據(jù)信號的路徑長度必須在十分之幾毫米的長度內(nèi)匹配,并且時鐘長度必須長約1毫米。
為避免串?dāng)_,這些走線必須在其周圍和下方保持良好的接地平面,并且還應(yīng)通過足夠數(shù)量的通孔連接各層。
總結(jié)
本文簡單介紹了SD卡的分類以及常見屬性,另外還簡單介紹了SD卡的協(xié)議,在硬件設(shè)計上給出了SPI總線和SDIO總線的示例電路,篇幅有限,軟件部分暫時沒有進行展開介紹;
由于作者能力和水平有限,文中難免存在錯誤和紕漏,請不吝賜教。
參考《Secure Digital Input/Output (SDIO) Card Specification》
—— The End?— —?
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