1.0 简介

安全数字卡(简称SD卡)，最初引进应用于手持式可携带电子产品，在一个小尺寸产品上可靠的存储数据，如移动电话，数码相机等。近来，SD卡也被应用于工业级环境中。

传统的工业级存储接口是ATA，要么是2.5"驱动器要么是TureIDE模式的PC卡，CF卡或者DOM。SD接口与ATA有很大区别。这份简介是为了帮助那些刚开始用SD接口的客户更好的懂得它的特征与用法。

2.0 规格

官方的SD卡规格由SD卡协会发布(www.sdcard.org)。官方的规格仅能从SD卡协会成员获得。尽管如此，SD卡协会会免费提供一个简单的物理层版本，对帮助终端用户在他们的系统里设计SD卡是有用的。任何人在他们的系统里设计

SD卡都可以下载这个文档，因为它包含物理层接口与命令协议等一些有价值的信息。

3.0 基础知识

与CF卡或者PC卡一样，SD卡内部包含一个控制器，能控制内部所有的闪存操作。根据串行时钟数据在主机与卡之间传输，速度为512字节块。目前定义FAT12/16的文件系统的卡容量在2G字节或以下，FAT32的卡的容量在4G字节或者以上。

3.1 引脚说明

与CF或者PC卡不同，SD卡没有使用PIN针，取而代之的是使用9个接触焊盘，如下图所示。

注意焊盘9的特殊性，他的宽度与焊盘8不同，这是为了与MMC卡兼容。

3.2电平

标准SD卡操作电压范围是2.7-3.3V。专用的低电压版本SD卡能工作在1.6V。仙人掌科技的SD卡工作电压范围在标准的SD卡电压范围内。

3.3总线协议

SD卡有定义2套总线协议。默认是本地SD模式，但是能配置成较慢SPI模式。在上电后第一次复位命令期间选择协议。SD卡工作在SD模式。若将卡切换到SPI模式，当主机发送复位命令给卡时CS信号必须生效。一旦配置了专用的协议，在供电期间都不能改变。切换协议的唯一方法就是重新上电。

剩下章节信息主要是说明一般SD模式操作。SD模式与SPI模式之间的区别的摘要在第5节。

3.4 总线宽度

SD卡工作于时钟串行模式的位宽度是1-4位。在SPI模式，仅仅工作于1位的模式。

3.5 时钟频率

SD工作于2种速度模式，默认模式时钟频率是0-25MHz，高速模式是0-50MHz。

3.6 卡寄存器

所有SD卡包含一套寄存器信息，用来描述与控制多种特征卡的支持性。类似卡配置寄存器与PC或CF卡的CIS结构(或者识别IDE驱动器的驱动结构)。如下表格列出了卡的信息寄存器与他们的描述：

4.0 协议基本技术

SD卡协议由主机与SD卡之间的命令交换或者反馈标号组成。数据通过数据包进行传输。一个包由数据块与CRC检验位组成。数据可以通过单个块与多个块模式进行传递，类似ATA读/写扇区与读/写多重命令。

所有的传输在CMD/DAT引脚进行前首先使用MSB(最高有效位)。当数据在DAT引脚上传输时，CMD引脚发送命令与反馈信号。

4.1 命令标识

命令标号格式如下：

48位反馈标识格式

136位反馈标识格式

4.2 数据包

有2中类型数据包格式。一种是一般字节宽的数据，与其他使用512位数据块较宽的宽度数据。2种类型数据都被CRC16保护。

对于一般512字节数据传输，首先传输最小的重要字节，但是在个别字节，数据首先传送MSB。

数据传输在1位模式(只使用DAT0)或者4位模式(如果被使能，使用DAT0-3)。当使用4位模式，字节格式的数据例如在DAT[3:0]数据线上，bit[7:4]在bit[3:0]后面传送。在简易SD规格书中有详细的格式图解。可以从SD卡协会网站下载。

5.0 SPI工作模式

大部分SD卡的工作是相同的，要么是SD模式要么SPI模式，但是有一些不同需要指出。

SPI模式总线宽度只有1位。

SPI传输是字节式的，所有命令与数据传输有一系列字节组成。

SPI有定义2个新的反馈标记。

如果卡在读取数据时遇到错误条件，SPI模式将反馈一个ERROR标记相当于SD模式的超时。

SPI模式写入块，卡会在收到每个数据块后返回一个数据反馈标记。

SPI模式写入块，数据块优先于开始块标记。

SPI模式CRC保护是可选择的，即使如此，当卡在SD模式会发送复位命令，因此，这个命令必须用一个有效的CRC发送。

命令等级1，3，9不支持SPI模式。专门的等级才有支持命令，这也是SPI与SD模式之间的区别。

6.0 深入阅读

这个白皮书仅仅是SD卡接口的简单介绍，更详细的SD协议，命令设置，反馈，寄存器描述等等，我们强烈鼓励读者从SD卡协会网站下载简易SD卡物理层规格书，或者通过签名LAMS有效协议获得官方完整规格书。

7.0 附录

下面是SD接口数据传输顺序的一些图示

SD模式单个块读取传输

SD模式多个块读取传输

SD模式单个块写入传输

SD模式多个块写入传输

SPI模式单个块读取

SPI模式多个块读取

SPI模式，块读取错误反馈

SPI模式，单个块写入

SPI模式，多个块写入

8.0支持信息

如果您希望获得一些关于数据控制的额外信息，可随时联系仙人掌科技

我们希望本白皮书能帮助我们的客户能更好的理解,读者有更深入的问题，随时欢迎联系我们的销售部门.

邮箱：daniel.zhao@cactus-tech.cn

文章原创：工业级闪存专家仙人掌科技