SD卡简介与驱动开发

基本概念

存储卡有很多种类，CF卡、记忆棒、SD卡、XD卡、MMC卡、MS卡、TF卡、MicroSD卡等。平时最常见的有SD卡和MicroSD卡两种， SD卡和MicroSD只是两张卡的大小不同，规格版本是完全相同的，均由SD卡协会推出。

SD卡有不少规范，常用包含存储空间和存储速度两种，厂商会把满足的规范的图标印在卡面上，所以通过卡上有的规格，就能很快判断出这张卡的容量、类型和最低速度，甚至适用场景。

容量

SD	早期版本现在已经基本停用，最高容量2GB，分区格式为FAT12（FAT）或FAT16
DHC	SDHC：技术很成熟的种类，容量为4GB-32GB，分区格式为FAT32。
SDXC	SDXC：目前市场存储卡的主流，容量为64GB-2TB，分区格式为exFAT。
SDUC	新推出的版本，容量为2TB-128TB，分区格式为exFAT。

速度分级

Class 2 大于等于2MB/s
Class 4 大于等于4MB/s
Class 6 大于等于6MB/s
Class 10 大于等于10MB/s

UHS总线模式

UHS-I	最大读取速度104MB/s
UHS-II	最大读取速度312MB/s
UHS-III	最大读取速度624MB/s
SD Express I	最大读取速度985MB/s

UHS速度等级

U1	最低写入速度10M/S
U3	最低写入速度30M/S

举例

总线模式

SD模式

SPI模式

引脚对应

SD卡寄存器

上电时序要求

SD卡在上电要求250ms内电压必须要达到要求的最小电压值，并且至少需要保持74个SD卡时钟周期以保证CMD线变为高电平，SPI模式下则要求CS信号线在至少74个CLK时钟保持高电平

控制协议（以SD模式举例）

command

command共包含6个字节

Response

Response 包含不同的种类，不同种类的长度不一样

SD卡协议规定了不同的Command对应的Response

Data

命令控制时序

块读取时序

块写入时序

工作模式

SD卡根据上电后默认为SD卡模式，后所接收的指令来决定是否切换为SPI模式，SPI模式属于SD卡控制的附加模式

切换方式：在CS引脚为低电平条件下向SD卡发送CMD0 (复位指令)，返回R1寄存器状态OK表示切换完成

退出方式：一旦切换为SPI模式，无法退回至SD模式，除非重新上电

两种工作模式各有优劣

SD模式: 速率更高，线路多，通信较为复杂

SPI模式：速率相对较低，更加通用，线路少，控制简单

SD模式

SD模式下的SD卡初始化流程

最重要的是ACMD41和CMD8命令及其结果返回

注意事项：初始化前应当考虑将SD卡的时钟线频率配置在400kHz以下，初始化完成后再恢复时钟频率

SPI模式

SPI模式下的初始化与SD模式相差无几，

1、SPI模式下需要先控制SD卡进入到SPI模式

2、SPI模式下的命令/返回/时序等要求与SD模式都存在区别，需要区别对待

3、初始化流程中ACMD41/CMD8命令最为重要

ACMD41返回

CMD8返回

SPI模式驱动举例

SPI时序要求

发送命令时序

时序中存在不确定的等待周期，如NCS NEC等，因此包含NCR在内的等待过程都需要设置重试等待机制，推荐使用

do while方式进行编程实现

块读取

对于读到的数据而言，其包含以下结构，首字节为0xFE, 中间数据为块大小数据，最后为2byte的CRC校验值

块写入时序

参考资料：home - SD Association