SD卡详解

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方法就是重新上电。 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： ² CMD——命令线是双向信号线。主机和卡通过push pull模式工作。 ² DAT0-3——数据线是双向信号线。主机和卡通过push pull模式工作。 ² CLK——时钟是从主机到卡的信号。CLK通过push pull模式操作。 ² VDD—VDD是所有卡的电源供应线。 ² 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： ² 用户区—用户通过读写命令存储安全和非安全数据。 ² 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： l 广播命令——广播命令发送给所有SD卡，有些命令需要响应。 l 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： l 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）。 l 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(重置)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： l 初始化完成后，在公用CMD线时，不选中卡是自动完成的。 l 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： l 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)。 l 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)。 l 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）。 l 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）。 l 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）。 l 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。 l 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）。 l 卡在操作时不允许读命令。 l 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。 l 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。 l 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。 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： l 机械写保护开关（由主机负责） l 卡内部写保护（由卡负责） l 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： l 总线频率可以在任何时候改变（满足最大和最小值的约束）。 l 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： l 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。 l 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。） l 寻址（点对点）命令（ac）——DAT上没有数据传输。 l 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4-7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:使能 0 3.2 SDIPRE(SDI模特率分频寄存器) 寄存器名 地址 R/W 描述 重置值 SDIPRE 0x5A000004 R/W SDI模特率分频寄存器 0x0 SDIPRE名 位 描述 初始值 分频值 [7:0] 确定SDI时钟率： Baud rate=PCLK/2/(prescaler value+1) 0x00 3.3 SDICARG(SDI命令参数寄存器) 寄存器名 地址 R/W 描述 重置值 SDICARG 0x5A000008 R/W SDI命令参数寄存器 0x0 SDICARG 位 描述 初始值 CmdArg [31:0] 命令参数 0x00000000 3.4 SDICCON(SDI命令控制寄存器) 寄存器名 地址 R/W 描述 重置值 SDICCON 0x5A00000C R/W SDI命令控制寄存器 0x0 SDICCON 位 描述 初始值 中止命令 （AbortCmd）