SD卡-中文学习笔记

SD卡操作 一、 概述 1、简介 SD卡是基于 flash的存储卡。 SD卡和MMC卡的区别在于初始化过程不同。 SD卡的通信协议包括 SD和 SPI两类。 SD卡使用卡内智能控制模块进行 FLASH操作控制，包括协议、安全算法、数据存取、 ECC算法、缺陷处理和分析、电源管理、时钟管理。 2、功能介绍 2.1 特点 1) 主机无关的 FLASH内存擦除和编程 读或写数据，主机只要发送一个带地址的命令，然后等待命令完成，主机无需关心具 体操作的完成。当采用新型的 FLASH时，主机代码无需更新。 2) 缺陷管理 3) 错误恢复 4) 电源管理 Flash每个扇区有大约 10万次的写寿命，读没有限制。 擦除操作可以加速写操作，因为在写之前会进行擦除。 3 SD总线模式 3.1 Negotiating Operation Conditions 当主机定义了 SD卡不支持的电压范围时，SD卡将处于非活动状态，将忽略所有的总 线传输。要退出非活动状态唯一的就是重新上电。 3.2 SD卡获取和识别 SD卡总线采用的是单主多从结构，总线上所有卡共用时钟和电源线。主机依次分别访 问每个卡，每个卡的 CID寄存器中已预编程了一个唯一的卡标识号，用来区分不同的卡。 主机通过 READ_CID命令读取 CID寄存器。CID寄存器在 SD卡生产过程中的测试和 格式化时被编程，主机只能读取该号。 DAT3线上内置的上拉电阻用来侦测卡。在数据传输时电阻断开(使用 ACMD42)。 3.3 卡状态 卡状态分别存放在下面两个区域： 卡状态（Card Status），存放在一个 32位状态寄存器，在卡响应主机命令时作为数据传 送给主机。 SD状态（SD_Status），当主机使用 SD_STATUS（ACMD13）命令时，512位以一个数 据块的方式发送给主机。SD_STATUS还包括了和 BUS_WIDTH、安全相关位和扩展位等的 扩展状态位。 3.4 内存组织 数据读写的基本单元是一个字节，可以按要求组织成不同的块。 Block:块大小可以固定，也可以改变，允许的块大小是实际大小等信息存储在 CSD 寄 存器。 Sector:和擦除命令相关，由几个块组成。Sector的大小对每个设备是固定的，大小信息 存储在 CSD寄存器。 WP Group:写保护单位。大小包括几个 group，写保护由一位决定，对每个设备大小是 固定的，存储在 CSD寄存器。 3.5 读写操作 Single Block Mode:主机根据事先定义的长度读写一个数据块。由发送模块产生一个 16 位的 CRC 校验码，接受端根据校验码进行检验。读操作的块长度受设备 sector 大小 (512 bytes)的限制，但是可以最小为一个字节。不对齐的访问是不允许的，每个数据块必须位于 单个物理 sector内。写操作的大小必须为 sector大小，起始地址必须与 sector边界对齐。 Multiple Block Mode:主机可以读写多个数据块（相同长度），根据命令中的地址读取或 写入连续的内存地址。操作通过一个停止传输命令结束。写操作必须地址对齐。 3.6 数据传输速率 SD 卡可以通过单数据线（DAT0）或四根数据线（DAT0-DAT3）进行数据传输。单根 数据线传输最大传输速率为 25 Mbit/s，四根数据线最大传输速率为 100 Mbit/s。 3.7 数据保护 每个 sector的数据通过 Error Correction Code (ECC)进行保护。在写 sector时生成 ECC， 在读 sector时检验 ECC。如果发现错误，在传输前进行纠正。 3.8数据擦除 SD 卡数据擦除的最小单位是 sector。为了加速擦除操作，多个 sector 可以同时擦除。 为了方便选择，第一个指令包含起始地址，第二个指令包含结束地址，在地址范围内的所 有 sector将被擦除。 3.9 写保护 两种写保护方式可供选择，永久保护和临时保护，两种方式都可以通过PROGRAM_CSD指令进行设置。 永久保护位一旦设置将无法清除。 3.10 拷贝位 通过CSD寄存器中的拷贝位（copy bit）设置SD卡中的数据是原始数据还是拷贝数据。拷贝位一旦设置， 将无法清除，在测试和格式化时使用。 3.11 CSD寄存器 所有SD卡的配置信息存储在CSD寄存器。通过SEND_CSD读取，PROGRAM_CSD修改。 4 SPI模式 二、 SD卡接口描述 1 引脚和寄存器 主机通过 9个引脚和 SD卡相连 1.1 SD模式引脚 扩展数据线(DAT1-DAT3)上电后为输入，SET_BUS_WIDTH命令执行后作为数据线。即使只 有 DAT0使用，所有数据线都和外部上拉电阻连接，否则 DAT1 & DAT2（如果未被使用） 的振荡输入将引起非期望的高电流损耗。 上电后，数据线输入 50K(+/-20K)欧姆的上拉（用来进行卡侦测和 SPI模式选择）。用 户可以在常规数据传输时，通过 SET_CLR_CARD_DETECT (ACMD42)命令分离上拉。 1.2 SPI模式引脚 1.3 寄存器 名称 宽度 描述 CID 128 卡标识号 RCA 16 相对卡地址（Relative card address）:本地系统中卡的地址，动 态变化，在主机初始化的时候确定 *SPI模式中没有 CSD 128 卡描述数据:卡操作条件相关的信息数据 SCR 64 SD配置寄存器:SD卡特定信息数据 OCR 32 操作条件寄存器 主机通过重新上电来重置（reset）卡。卡有它自身检测上电的电路，当上电后卡状态切换到 idle状态。 也可以通过 GO_IDLE (CMD0)指令来重置。 2 SD卡总线拓扑 SD总线有6根通信线和三根电源供应线：  CMD——命令线是双向信号线。主机和卡通过push pull 模式工作。  DAT0-3——数据线是双向信号线。主机和卡通过push pull 模式工作。  CLK——时钟是从主机到卡的信号。CLK通过push pull 模式操作。  VDD—VDD是所有卡的电源供应线。  VSS[1:2]—VSS是2根地线。 在初始化的时候，向每个卡分别发送命令，允许应用检测卡并给物理槽（physical slot） 分配逻辑地址。数据通常分别传输给每个卡。然后，为了方便处理卡堆栈，初始化后所有 命令同时发送给所有卡，在命令数据包中包含了操作地址。 SD总线允许动态配置数据线数目。上电后默认SD卡只用DAT0作为数据传输线。初始 化后，主机可以改变总线宽度。这个特性使得在硬件开销和系统性能间取得平衡。 3 SPI总线拓扑 4 电气接口 4.1 上电 上电后，包括热插入，卡进入 idle状态。在该状态 SD卡忽略所有总线操作直到接收到 ACMD41命令。ACMD41命令是一个特殊的同步命令，用来协商操作电压范围，并轮询所 有的卡。除了操作电压信息，ACMD41的响应还包括一个忙标志，明卡还在 power-up过 程工作，还没有准备好识别操作，即告诉主机卡还没有就绪。主机等待(继续轮询)直到忙标 志清除。单个卡的最大上电时间不能操作 1秒。 上电后，主机开始时钟并在 CMD线上发送初始化序列，初始化序列由连续的逻辑“1” 组成。序列长度为最大 1毫秒，74个时钟或 supply-ramp-up时间。额外的 10个时钟(64个 时钟后卡已准备就绪)用来实现同步。 每个总线控制器必须能执行 ACMD41和 CMD1。CMD1要求MMC卡发送操作条件。 在任何情况下，ACMD41或 CMD1必须通过各自的 CMD线分别发送给每个卡。 5 寄存器 5.1 OCR(Operating Conditions Register) 32 位的操作条件寄存器存储了 VDD电压范围。SD 卡操作电压范围为 2~3.6V。然而从 内存中访问数据的电压是 2.7~3.6V。OCR显示了卡数据访问电压范围，结构如下表所示。 表 3-8 OCR寄存器定义 OCR位 VDD电压范围 0-3 保留 4 1.6~1.7 5 1.7~1.8 6 1.8~1.9 7 1.9~2.0 8 2.0~2.1 9 2.1~2.2 10 2.2~2.3 11 2.3~2.4 12 2.4~2.5 13 2.5~2.6 14 2.6~2.7 15 2.7~1.8 16 2.8~2.9 17 2.9~3.0 18 3.0~3.1 19 3.1~3.2 20 3.2~3.3 21 3.3~3.4 22 3.4~3.5 23 3.5~3.6 24-30 保留 31 卡上电状态位(忙) OCR结构如下图所示。如果第 32位（busy bit）置位，表明卡上电过程已结束。 5.2 CID(Card Identification) CID寄存器长度为 16个字节的卡唯一标识号，该号在卡生产厂家编程后无法修改。SD 和MMC卡的 CID寄存器结构不一样。 名称 类型 宽 度 CID位 内容 CID值 厂商 ID Binary 8 [127:120] SD卡协会管理和分配 0x03 OEM/Application ID(OID) ASCII 16 [119:104] 识别卡的 OEM或卡内容，由制 造商分配 0x53,0x44 产品名（PNM） ASCII 40 [103:64] 5个 ASCII字符 SD128 产品版本（PRV） BCD 8 [65:56] 2个二进制编码的十进制数 产 品 版 本 （30）1 序列号(PSN) Binary 32 [55:24] 32位无符号整数 产品序列号 保留 4 [23:20] 生成日期(MDT) BCD 12 [19:8] yym（从 2000年的偏移量） 如 :Apr 2001=0x014 CRC7 校 验 和 (CRC) Binary 7 [7:1] CRC Calculation: G(x)=x7+3+1 M(x)=(MID-MSB)*x119+...+(CIN-LSB)*x0 CRC[6...0]=Remainder[(M(x)*x7)/G(x)] CRC7 未用 1 [0:0] 1、格式为“n.m”，如“6.2”表示为 0110 0010 5.3 CSD(Card Specific Data) CSD寄存器包含访问卡数据所需的配置信息。SD卡和MMC卡的 CSD不同。 6 数据交互格式和卡容量 通常，SD卡分为 2个区：  用户区—用户通过读写命令存储安全和非安全数据。  安全保护区（Security Protected Area）—版权保护应用程序用来保存安全相关数据，通 过SD安全规范中定义的条件验证后，由主机使用安全的读写指令完成操作。安全保护 区的大小大概是总大小的1%。 三、 SD卡协议 1 SD总线协议 SD总线通信是基于命令和数据位流方式的，由一个起始位开始，以一个停止位结束： 命令——命令是开始开始操作的标记。命令从主机发送一个卡（寻址命令）或所有连 接的卡（广播命令）。命令在CMD线上串行传送。 响应——响应是从寻址卡或所有连接的卡（同步）发送给主机用来响应接受到的命令 的标记。命令在CMD线上串行传送。 数据——数据可以通过数据线在卡和主机间双向传送。 卡寻址通过会话地址方式实现，地址在初始化的时候分配给卡。SD总线上的基本操作 是command/response。 数据传送采用块方式，数据块后接CRC校验位，操作包括单数据块和多数据块。多数据 块更适合快速写操作，多数据块传输当在CMD线出现停止命令时结束。 数据传输可以在主 机端设置采用单数据线或多数据线方式。 块写操作在DAT0数据线写操作期间使用忙信号，无论用来传输的信号线数目是多少。 命令格式如下所示： 响应标记（token）根据内容不同具有四种格式，标记长度。长度为48位或136位。数 据块的CRC算法采用16位的CCITT多项式。 在命令行中，MSB位首先传送，LSB位最后传送。 当使用宽总线模式时，数据同时在4根数据线上传输。开始位、结束位和CRC在每根数 据线上传送。CRC对每根数据线单独计算。CRC状态响应和Busy信号只通过DAT0由卡发送给 主机。 2 协议功能描述 所有主机和 SD卡间的通信由主机控制。主机发送下述两类命令：  广播命令——广播命令发送给所有 SD卡，有些命令需要响应。  寻址（点对点）命令——寻址命令只发送给具有相应地址的卡，并需要从卡返回一个响应。 对卡而言也有两类操作：  卡识别模式——在重置（reset）后当主机查找总线上的新卡时，处于卡识别模式。重置后 SD卡将始终处于该模式，直到收到 SEND_RCA命令（CMD3）。  数据传输模式——一旦卡的 REC发布后，将进入数据传输模式。主机一旦识别了所有总线 上的卡后，将进入数据传输模式。 操作模式与卡状态关系： 3 卡识别模式 在卡识别模式，主机重置所有处于卡识别模式的 SD卡，检验操作电压范围，识别卡并 请求卡发送相对卡地址 RCA。操作对每个卡在各自的 CMD 线上单独进行，所有的数据传 送只使用 CMD线。 3.1 重置 GO_IDLE_STATE(CMD0)是软件重置命令，设置每个 SD卡进入 Idle状态。处于 Inactive 状态的卡不受此命令影响。 主机上电后，所有 SD卡进入 Idle状态，包括处于 Inactive状态的卡。至少 74个时钟 周期后才能开始总线传输。 上电或 CMD0 后，所有 SD 卡的命令线处于输入模式，等待下一个命令的起始位。卡 通过一个默认的相对卡地址 RCA（RCA=0x0000）和默认驱动寄存器设置（最低速，最高 驱动电流）初始化。 3.2 操作电压范围验证 SD的物理规范要求所有 SD卡能通过最小和最大供电电压间的任何电压和主机建 立通信。然而，数据传输时的最小和最大电压值在操作条件寄存器 OCR中定义，可能并不 能覆盖所有的电压范围。SD 卡主机希望通过读取卡的 OCR 寄存器获取合适的电压值或弹 出卡。 SD卡 3.3 卡识别过程 在识别时钟速率 fOD 下主机开始卡识别过程。SD 卡的 CMD 线输出驱动是 push-pull 驱动。 总线激活后，主机要求卡发送它们的有效操作条件（ACMD41 preceding with APP_CMD —CMD55 with RCA=0x0000）。ACMD41命令的响应是卡的操作条件寄存器。相同的命令 将发送给系统中所有的卡。不兼容的卡将进入 Inactive 状态。主机然后发送命令 ALL_SEND_CID（CMD2）到每个卡以获取每个卡的唯一标识 CID号。未识别的卡通过 CMD 线发送 CID号作为响应。当卡发送 CID号后，进入识别状态（Identification State）。此后， 主机发送 CMD3（SEND_RELATIVE_ADDR）要求卡发布一个新的相对卡地址 RCA，地址 比 CID短，在以后的数据传输模式中用来寻址卡。一旦获得 RCA后，卡状态变成就绪状态 （Stand-by state）。此时，如果主机要求卡换成其他的 RCA 号，可以通过发送另一个 SEND_RELATIVE_ADDR命令给卡，要求发布一个新的 RCA，最后发布的 RCA是实际使 用的 RCA。主机对系统中的每个卡重复识别过程。 所有的 SD 卡初始化完以后，系统将开始初始化 MMC 卡（如果有的话），使用 MMC 卡的 CMD2和 CMD3。 4 数据传输模式 直到主机知道所有 CSD寄存器的内容，fpp时钟速率必须保持在 fOD,因为一些卡有操作 频率限制。主机发送 SEND_CSD（CMD9）获取卡定义数据（Card Specific Data，CSD寄 存器），如块大小、卡存储容量、最大时钟速率等。 CMD7 用来选择一个卡并将它置于传输状态（Transfer state），在任何时间只能有一个 卡处于传输状态。如果已有一个卡处于传输状态，它和主机的连接将释放，并返回到 Stand-by 状态。当 CMD7以保留相对地址“0x0000”发送时，所有卡将返回到 Stand-by状态。这可 以用来识别新的卡而不重置其他已注册的卡。在这种状态下已有一个 RCA地址的卡不响应 识别命令（ACMD41,CMD2,CMD3）。 注意：当卡接收到一个带有不匹配 RCA的 CMD7时，卡将取消选中。在公用 CMD线 时，选中一个卡时将自动不选中其他卡。因此，在 SD卡系统中，主机具有如下功能：  初始化完成后，在公用 CMD线时，不选中卡是自动完成的。  如果使用单独的 CMD线，需要关注不选中卡的操作 在主机和选择的 SD 卡之间的所有数据通信是点对点的方式。所有寻址命令都需要响 应。 不同数据传输模式的关系如图 4-8所示，使用如下步骤：  所有读数据命令可以在任何时候通过停止命令（stop command,CMD12）中止。数 据传输将中止，卡回到传输状态（Transfer State）。读命令有：块读命令（CMD17）， 多块读命令（CMD18），发送读保护（CMD30），发送 scr(ACMD51)，以及读模式 的通用命令(CMD56)。  所有写数据命令可以在任何时候通过停止命令（stop command,CMD12）中止。在 不选中卡命令 CMD7 前写命令必须停止。写命令有：块写命令 (CMD24 and CMD25), 写 CID (CMD26), 写 CSD(CMD27), lock/unlock 命令(CMD42) 以及写模 式通用命令(CMD56)。  一旦数据传输完成，卡将退出数据写状态并进入 Programming State(传输成功)或 Transfer State（传输失败）。  如果一个快写操作停止，而且最后一块块长度和 CRC 是有效的，那么数据可以被 操作（programmed）。  卡可能提供块写缓冲。这意味着在前一块数据被操作时，下一块数据可以传送给卡。 如果所有卡写缓冲已满，只要卡在Programming State，DAT0将保持低电平（BUSY）。  写 CSD、CID、写保护和擦除时没有缓冲。这表明在卡因这些命令而处于忙时，不 再接收其他数据传输命令。在卡忙时 DAT0保持低电平，并处于 Programming State。 实际上如果 CMD和 DAT0线分离，而且主机占有的忙 DAT0线和其他 DAT0线分 开，那么在卡忙时，主机可以访问其他卡。  在卡被编程（programming）时，禁止参数设置命令。参数设置命令包括：设置块 长度（CMD16），擦除块开始(CMD32)和擦除块结束（CMD33）。  卡在操作时不允许读命令。  使用 CMD7 指令把另一个卡从 Stand-by 状态转移到 Transfer 状态不会中止擦除和 编程（programming）操作。卡将切换到 Disconnect状态并释放 DAT线。  使用 CMD7 指令可以不选中处于 Disconnect 状态的卡。卡将进入 Programming 状 态，重新激活忙指示。  使用 CMD0或 CMD15重置卡将中止所有挂起和活动的编程（programming）操作。 这可能会破坏卡上的数据内容，需要主机保证避免这样的操作。 4.1 宽总线选择/不选择 宽总线（4位总线宽度）操作模式通过 ACMD6选择和不选择。在上电后或 GO_IDLE （CMD0）命令后默认的总线宽度是 1位。ACMD6命令只在“tran state”有效，即只有在 卡选中后（CMD7）总线宽度才能修改。 4.2 读数据格式 DAT 总线在没有数据传输时处于高电平。一个传输数据块包含一个起始位（LOW）， 接着连续的数据流。数据流包含有效数据（如果使用了 ECC 了还包括错误纠正位）。数据 流以一个结束位（HIGH）结束。数据传输和时钟信号同步。 以块传输的有效数据包含 CRC校验和。产生多项式是标准 CCITT多项式。 16 12 5 1x x x+ + + 采用了缩短的 BCH码，d=4，有效数据长度最长为 2048字节。CRC校验和对每个 DAT 线单独计算并附加在每个数据块后。在宽总线模式操作（DAT0-DAT3）中，16 位的 CRC 校验对每个 DAT分别计算。 数据块读 传输的基本单位是数据块，最大尺寸在 CSD 中定义（READ_BL_LEN）。开始和结束 地址完全包含在一个物理数据快（如 READ_BL_LEN定义）中的较小的块也可以传递。CRC 附加在每个数据块的尾部用来保证数据传输的完整性。CMD17（READ_SINGLE_BLOCK） 开始一个块读操作，然后传输完成后进入 Transfer状态。CMD18(READ_MULTIPLE_BLOCK) 开始连续的块传输，直到停止命令。停止命令有一个执行延迟。在停止命令最后一位发送 完以后数据传输停止。 如果主机使用累计长度不是块对齐的部分块，在第一个不对齐块的开始，卡会发现一 个块未对齐错误，在状态寄存器中设置 ADDRESS_ERR 错误，中止传输并等待（在 Data 状态）停止命令。 4.3 数据写格式 数据写传输格式类似于读格式。对于以块为单位的写数据传输，CRC 检验位附加到每 个数据块。卡的每根数据线在接收到数据并在写操作前，执行 CRC校验。 数据块写 数据块写（CMD24-27,42,56(W)）,一个或多个数据块从主机发送给卡，主机在每个数 据块后附加 CRC校验。数据块长度WRITE_BL_LEN（512B）。如果 CRC校验失败，卡将 在 DAT数据线上指示错误。传输的数据将被抛弃，而且后续传输的数据块（在多数据块写 模式）也都会被忽略。 多数据块写命令比连续的单数据块写命令速度快。不允许部分块写（小于 512B）。 当主机试图在写保护区域写数据时写操作将中止。在这种情况下，卡在状态寄存器设 置WP_VIOLATION位，并忽略所有后续数据传输，并在 Receive-data状态下等待停止命令。 对 CID和 CSD寄存器进行编程操作不需要实现设置块长度，传输的数据也是 CRC保 护的。如果 CSD或 CID寄存器一部分存储于 ROM中，那么不可改变部分必须和接收缓冲 中的相应部分内容保持一致。如果匹配失败，卡将报告一个错误，而且不改变任何寄存器 内容。 接收到一个数据块并完成 CRC校验后，卡将开始写，如果写缓冲满而且不能从一个新 的WRITE_BLOCK命令接收新数据时， DAT0线保持为低电平。任何时候主机都可以通过 SEND_STATUS(CMD13)命令获取卡的状态。状态位 READY_FOR_DATA 指示卡是否可以 接收新数据或写操作还在进行中。主机通过 CMD7（选中另一个卡）不选中卡，这个操作 可以把卡的状态编程 Disconnect并释放 DAT线而不中断写操作。当不选中卡时，如果编程 还在进行而且写缓冲不可用时，将通过下拉 DAT为低电平来重新激活忙信号。实际上，主 机通过 interleaving可以实现多个卡同时写操作，interleaving过程可以通过在卡忙时访问其 他卡实现。 预擦除设置优先于多数据块写操作 设置多个写数据块的预擦除（ACMD23）可以使得接下来的多个数据块写操作比没有 预先执行 ACMD23的相同操作更快。主机可以通过该命令设置多少个数据块将在接下来的 写操作中发送。如果在所有数据块发送给卡时中止了写操作（使用停止传输命令），残余写 数据块的内容(指要写入新内容的数据块？)将变得不确定（可能已擦除或还是原来的数据）。 如果主机发送了超过 ACMD23中定义的数据块数目的数据，卡将逐个擦除数据块（在收到 新数据时）。多数据块写操作完成后值将重新设置为默认值 1。 建议在 CMD25命令前使用该命令以加速写操作。如果需要预擦除主机在写命令前发送 ACMD23。如果不发送 ACMD23命令，设置的预擦除数将在其他指令执行时自动清除。 发送写数据块数目 系统使用管道机制进行数据缓冲管理，有时候在多数据块写操作过程中发生错误，使 得无法确定哪一个数据块是最后成功写入的数据块。卡可以把正常写入的数据块数（the number of well-written blocks）作为对命令 ACMD22的响应。 擦除 同时擦除多个写数据块可以提高数据吞吐量。通过 ERASE_WR_BLK_START(CMD32) 和 ERASE_WR_BLK_END(CMD33)实现写数据块的识别。 主 机 必 须 严 格 按 照 下 列 的 命 令 操 作 顺 序 ： ERASE_WR_BLK_START ， RASE_WR_BLK_END，and ERASE (CMD38)。 如果不按顺序接收到擦除指令（CMD38）或地址设置指令（CMD32,33），卡将在状态 寄存器中设置 ERASE_SEQ_ERROR位，并重置整个顺序（sequence）。 如果接收到一个不顺序的命令（除了 SEND_STATUS），卡将在状态寄存器设置 ERASE_RESET状态位，重置擦除顺序和执行最后的命令。 如果擦除范围包括写保护扇区，将不被擦除，擦除命令只擦除无保护的扇区。状态寄 存器的WP_ERASE_SKIP位将设置。 地址设置命令中的地址是以字节为单位的块写地址。卡将忽略所有小于 WRITE_BLK_LEN（CSD）LSB（最低有效位）。 如上所述的块写操作，卡通过保持 DAT0 为低电平指示擦除操作正在进行中。实际的 擦除操作时间可能会很长，主机可以通过 CMD7不选中卡或执行卡断开操作。 卡上擦除操作后的数据为“ 0”或“ 1”，由卡制造商确定。 SCR 寄存器的 DATA_STAT_AFTER_ERASE(bit55)定义了是“0”或“1”。 4.4 写保护管理 写保护方法如下：  机械写保护开关（由主机负责）  卡内部写保护（由卡负责）  密码保护锁操作 4.4.1 机械写保护开关 4.4.2 卡内部写保护 4.4.3 密码保护锁操作 5 时钟控制 SD卡主机可以使用 SD卡总线时钟信号设置卡进入节能模式或控制总线上的数据流。主机可以降低 时钟频率或直接关闭。 SD卡主机必须遵循下列约束：  总线频率可以在任何时候改变（满足最大和最小值的约束）。  ACMD41(SD_APP_OP_COND)是一个例外。发送 ACMD41命令后，主机将执行下面步骤 1和 步骤 2直到卡进入就绪状态： 1) 持续发送 100KHZ-400KHZ之间的时钟频率。 2) 如果主机要停止时钟，通过 ACMD41命令以小于 50ms的间隔设置 busy位。 6 CRC 7 错误条件 7.1 CRC和非法命令 8 命令 8.1 卡类型 共有四类用来控制 SD卡的命令：  广播命令（bc），无响应——广播命令只有在所有 CMD线一起连接到主机时才能使用。如 果分开连接，那么每个卡将单独接收命令。  带响应的广播命令（bcr）——所有卡同时响应。因为 SD卡没有开漏模式，这个命令只有 在所有的 CMD线分开时采用使用。该命令将被每个卡分别接收和响应。（OPEN DRAIN输 出只能做输出口，当外部无上拉电阻时，该口为高阻状态。只有外部有上拉电阻时，才有可能 输出高或低的电平。）  寻址（点对点）命令（ac）——DAT上没有数据传输。  寻址（点对点）数据传输命令（adtc）——DAT上传输数据。 所有的命令和响应通过 CMD线传输。 8.2 命令格式 命令长度 48位，1.92us@25MHZ 0 1 bit 5...bit 0 bit 31...bit 0 bit 6...bit 0 1 起始位 host 命令 参数 CRC7 end bit 7-bit CRC 计算: G(x) = x7 + x3 + 1 M(x) = (start bit)∗x39 + (host bit)∗x38 +...+ (last bit before CRC)∗x0 CRC[6...0] = 余数[(M(x)∗x7)/G(x)] 8.3 命令分类 SD卡命令集分为几个类，每个类支持一个卡功能集合操作。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-11 支持命令 基本 保留 读块 保留 写块 擦除 写保护 锁 应用 保留 CMD0 + CMD2 + CMD3 + CMD4 + CMD7 + CMD9 + CMD10 + CMD12 + CMD13 + CMD15 + CMD16 + + CMD17 + CMD18 + CMD24 + CMD25 + CMD27 + CMD28 + CMD29 + CMD30 + CMD32 + CMD33 + CMD38 + CMD42 + CMD55 + CMD56 + ACMD6 + ACMD13 + ACMD22 + ACMD23 + ACMD41 + ACMD42 + ACMD51 + 8.4 详细命令描述 *所有无用位必须填入，但是值 irrelevant 表 4-3 基本命令（类 0和类 1） 命令索引 类型 参数 响应 缩写 描述 CMD0 bc [31:0]无用 — GO_IDLE_STATE 重置所有卡到 Idle 状态 CMD1 保留 CMD2 bcr [31:0]无用 R2 ALL_SEND_CID 要求所有卡发送 CID号 CMD3 Bcr [31:0]无用 R6 SEND_RELATIVE_ADDR 要求所有卡发布一 个新的相对地址 RCA CMD4 不支持 CMD5 保留 CMD6 保留 CMD7 ac [31:16]RCA [15:0]无用 R1(只 来自 选中 的卡) 选中/不选中卡 Command toggles a card between the Stand-by and Transfer states or between the Programming and Disconnect state. In both cases the card is selected by its own relative address and deselected by any other address; address 0 deselects all. When the RCA equals 0, the host may do one of the following: —use other RCA number to perform card deselection Or —re-send CMD3 to change its RCA number to other then 0 and then use CMD7 with RCA=0 for card de-selection. CMD8 保留 CMD9 ac [31:16] RCA [15:0]无用 R2 SEND_CSD 寻址卡并让其发送 卡定义数据 CSD CMD10 ac [31:16] RCA [15:0]无用 R2 SEND_CID 寻址卡并让其发送 卡识别号 CID CMD11 adtc [31:0]数据 地址 R1 READ_DAT_UNTIL_STOP 从卡读取数据流，从 给定地址开始，知道 停止传输命令结束 CMD12 ac [31:0]无用 R1b STOP 中止多个块的读/写 操作 CMD13 ac [31:16] RCA [15:0]无用 R1 SEND_STATUS 寻址卡并发送卡状 态寄存器 CMD14 保留 CMD15 ac [31:16] RCA [15:0]无用 _ GO_INACTIVE_STATE 设置卡到 inactive状 态 表 4-4 块读操作命令（类 2） 命令索引 类型 参数 响应 缩写 描述 CMD16 ac [31:0]块长 度 R1 SET_BLOCKLEN 为接下来的块操作 指令设置块长度 CMD17 adtc [31:0]数据 地址 R1 READ_SINGLE_BLOCK 读取一个块 CMD18 adtc [31:0]数据 地址 R1 READ_MULTIPLE_BLOCK 连续读取多个块， 直到停止命令 CMD19-23 保留 表 4-5 块写操作命令（类 4） 命令索引 类 型 参数 响 应 缩写 描述 CMD24 adtc [31:0] 数据地 址 R1 WRITE_BLOCK 写一个长度由 SET_BLOCKLEN指定 的块 CMD25 adtc [31:0]数 据地址 R1 WRITE_ MULTIPLE _BLOCK 连续写多个块直到 STOP_TRANSMISSION 命令 CMD26 不支持 CMD27 adtc [31:0]无 用 R1 PROGRAM_CSD 编辑 CSD位 表 4-6 写保护（类 6） 命令索引 类型 参数 响应 缩写 描述 CMD28 ac [31:0] 数据地 址 R1b SET_WRITE_PROT 设置地址组保护位。写保 护由卡配置数据的 WP_GRP_SIZE指定 CMD29 ac [31:0] 数据地 址 R1b CLR_WRITE_PROT 清除保护位 CMD30 adtc [31:0] 写保护 数据地 址 R1 SEND_WRITE_PROT 要求卡发送写保护位状 态 CMD31 保留 表 4-7 擦除命令（类 5） 命令索引 类型 参数 响应 缩写 描述 CMD32 ac [31:0] 数据地 址 R1 ERASE_WR_BLK_START 设置要擦除的第一个写 数据块地址 CMD32 ac [31:0] 数据地 R1 ERASE_WR_BLK_END 设置要擦除的最后一个 写数据块地址 址 CMD34 … CMD37 保留 CMD38 ac [31:0] 无用 R1b ERASE 擦除所有选中的写数据 块 CMD39 … CMD41 保留 表 4-7 擦除命令（类 5） 命令索引 类型 参数 响应 缩写 描述 CMD32 ac [31:0] 数据地 址 R1 ERASE_WR_BLK_START 设置要擦除的第一个写 数据块地址 CMD32 ac [31:0] 数据地 址 R1 ERASE_WR_BLK_END 设置要擦除的最后一个 写数据块地址 CMD34 … CMD37 保留 CMD38 ac [31:0] 无用 R1b ERASE 擦除所有选中的写数据 块 CMD39 … CMD41 保留 表 4-8 卡锁命令（类 7） 命令索引 类型 参数 响应 缩写 描述 CMD42 …. CMD54 SDA可选命令 表 4-9 应用相关（Application Specific）命令（类 8） 命令索引 类型 参数 响应 缩写 描述 CMD55 ac [31:16] RCA [15:0]填充位 R1 APP_CMD 告诉卡接下来的命令是应用 相关命令，而非标准命令。 CMD56 adtc [31:1] 填充位 [0]:RD/WR，1读，0 写 R1 GEN_CMD 应用相关(通用目的)的数据 块读写命令 CMD57 … CMD59 保留 CMD60 … CMD63 厂商保留 *命令相关命令，可能指 SD卡专用命令 所有应用相关命令之前必须先执行 APP_CMD(CMD55)。 表 4-10 SD卡使用/保留的应用相关命令 ACMD 索引 类型 参数 响应 缩写 描述 ACMD6 ac [31:2] 填充 位 [1:0]总线宽 度 R1 SET_BUS_WIDTH 00:1bit 10:4bit ACMD13 adtc [31:0] 填充 位 R1 SD_STATUS 设置 SD卡状态 ACMD17 保留 ACMD18 — — — — 保留作为 SD安全应用 ACMD19 … ACMD21 保留 ACMD22 adtc [31:0]填充位 R1 SEND_NUM_WR_BLOCKS 发送写数据块的数目。响 应为 32位+CRC ACMD23 ac [31:23]填充 位 [22:0]数据块 数目 R1 SET_WR_BLK_ERASE_COUNT 设置写前预擦除的数据块 数目(用来加速多数据块 写操作)。“1”=默认(一个 块)(1) ACMD24 保留 ACMD25 — — — — 保留作为 SD安全应用 ACMD26 — — — — 保留作为 SD安全应用 ACMD38 — — — — 保留作为 SD安全应用 ACMD39 … ACMD40 保留 ACMD41 bcr [31:0]OCR without busy R3 SD_APP_OP_COND 要求访问的卡发送它的操 作条件寄存器(OCR)内容 ACMD42 ac [31:1]填充位 [0]set_cd R1 SET_CLR_CARD_DETECT 连接[1]/断开[0]卡上 CD/DAT3(pin 1]的 50K欧 姆上拉电阻。上拉电阻可 用来检测卡 ACMD43 ACMD49 — — — — 保留作为 SD安全应用 ACMD51 adtc [31:0]填充位 R1 SEND_SCR 读取 SD配置寄存器 SCR (1)不管是否使用 ACMD23，在多数据块写操作中都需要 STOP_TRAN(CMD12)命令 9 卡状态迁移表 10 响应 所有响应通过 CMD线传输，响应以MSB开始，不同类型的响应长度根据类型不同而 不同。 响应以起始位开始(通常为“0”)，接着这是传输方向的位（卡为 0）。除了 R3 外其他 响应都有 CRC。每个响应都以结束位(通常为“1”)结束。 共有四类响应，格式分别为： R1(标准响应)：长度 48位 Bits45:40 指示被响应的命令索引号。如果有到卡的数据传输，每个数据块传输后数据 线上都会出现忙信号。主机在数据块传输后检测忙信号。 表 4-12 响应 R1 起始位 47 46 [45:40] [39:8] [7:1] 0 Width 1 1 6 32 7 1 值 0 0 x x x 1 描述 起始位 传输位 命令索引 卡状态 CRC7 结束位 Rb1 和 R1 相同，带有一个可选的忙信号传输。根据接收到命令前的状态和接收到的 命令可能变成忙。主机可以在响应时检测忙信号。 R2(CID,CSD)：响应长度为 136位 CID寄存器内容作为 CMD2和 CMD10的响应发送。CSD寄存器内容作为 CMD9的响 应发送。只传输 CID和 CSD的[127…1]位，寄存器的[0]位被响应的结束位取代。 表 4-13 响应 R1 起始位 135 134 [133:128] [127:1] 0 Width 1 1 6 127 1 值 0 0 ‘111111’ x 1 描述 起始位 传输位 保留 CID或 CSD，包括内容 CRC7 结束位 R1(OCR寄存器)：长度 48位 OCR寄存器作为 ACMD41的响应发送。 四、 在 S3C2410中的使用 1 基本操作 1.1 SDI操作 根据传输频率设置 SDIPRE寄存器，改变频率可以调整波特率。 操作步骤： 1) 设置 SDICON，设置时钟和中断 2) 设置 SDIPRE 3) 等待 74SDCLK，初始化卡 1.2 CMD Path Programming 1) 写命令参数（32-bit）到 SDICARG寄存器 2) 通过设置 SDICCON[8]确定命令类型和起始命令 3) 当 SDICSTA的特殊标记设置时，确定 SDI命令操作的结束方式： a) 如果是无响应（no-response）命令，标记是 SDICSTA[11] b) 如果是有响应（with-response）命令，标记是 SDICSTA [9] 4) 清除 SDICSTA寄存器相应标记 1.3 DAT Path Programming 1) 在 SDIDTIMER寄存器中设置超时 2) 在 SDIBSIZE中设置块大小，通常为 0x200 3) 在 SDIDCON寄存器中设置块模式（mode of block）、总线宽度(bus width)、DMA等以及开始数据传 送 4) 通过检查 SDIFSTA判断 Tx FIFO的可用性（available,half or empty），当可用时(available)写 Tx-data 到 SDIDAT寄存器 5) 通过检查 SDIFSTA判断 Rx FIFO的可用性（available,half or empty），当可用时(available)从 SDIDAT 寄存器读数据到 Rx-data 6) 当传输结束标记 SDIDSTA[4]置位时，确定 SDI数据操作的数据 7) 清除 SDIDSTA寄存器相应位 2 SDIO操作 两类 SDIO操作：SDIO中断接收和读等待请求，分别通过 SDICON寄存器的 RcvIOInt位和 RwaitEn位 标记。 2.1 SDIO中断 在 SD1位模式，中断从 SDDAT1脚接收所有范围的中断。 在 SD4位模式，SDDAT1脚共享为接收数据和中断。中断检测范围（Interrupt Period）： 1) 单数据块：A和 B之间的间隔 ——A：数据组装（packet）结束后 2个时钟周期 ——B：下一条带数据命令（with-data command）最后一位发送结束 2) 多数据块，SDIDCON[21]=0:A和 B之间的时间，在范围 C检测重启动（restart）中断 ——A：数据组装结束后 2个时钟周期 ——B：A后 2个时钟周期 ——C：中止命令响应最后一位后 2个时钟 3) 多数据快，SDIDCON[21]=1:A和 B之间，在 A重启动 ——A：数据组装结束后 2个时钟周期 ——A后 2个时钟周期 2.2 读等待请求（Read Wait Request） 无论 1位还是 4位模式，读等待请求信号在下述情况下通过 SDDAT2脚传送： 1) 在读多块操作，请求信号在数据块结束后 2个时钟开始传输 2) 传输在用户向 SDIDSTA[10]中写 1后结束 3寄存器 3.1 SDICON 寄存器名 地址 R/W 描述 重置值 SDICON 0x5A000000 R/W SDI控制寄存器 0x0 SDICON 位 描述 初始值 字节顺序类型 (ByteOrder) [4] 确定读写时的字节顺序类型 0=Type A, 1=Type B - Type A: D[7:0] → D[15:8] → D[23:16] → D[31:24] - Type B: D[31:24] → D[23:16] → D[15:8] → D[7:0] 0 从卡接收SDIO中断 (RcvIOInt) [3] 确定SD主机是否接收卡（或SDIO）的SDIO中断 0:不接收 1:接收 0 读等待使能 (RWaitEn) [2] 在多数据块读模式中当SD主机等待下一个数据块时 是否产生读等待请求信号。这一位需要延迟从卡传输 下一数据块。 0: 不产生 1:产生 0 FIFO重置 (FRST) [1] 重置FIFO值，该位自动清除 0: 普通模式 1:FIFO重置 0 Clock out Enable (ENCLK) [0] 是否使能SDCLK Out 0: 禁止(不分频) 1:使