SD卡接口规范

总线接口
SD需要高速读写，同时也要使手持等嵌入式设备能方便使用，特设有两个访问接口中：SD模式接口和SPI接口。SD卡在上电初期，卡主控通过检测引脚１（DAT3）来决定使用SD模式还是SPI模式。当此脚接50KOhm上拉电阻时，卡进入SD模式；当此脚为低电平，卡则工作于SPI模式。

  

SD引脚
SD模式
SPI模式

1
DAT3
CS

2
CMD
DI

3
VSS
VSS

4
VDD
VDD

5
CLK
SCLK

6
VSS
VSS

7
DAT0
DO

8
DAT1
Resvered

9
DAT2
Resvered


表1：SD卡接口定义

１、SPI接口

SPI接口是为嵌入式和手持设备准备的，只使用普通的三线制SPI总线，即可对卡进行一般的慢速的读写等操作。




图一：SPI总线

如上图，由读卡器到卡的数据，在每个时种的上升沿把DO的数据锁存到卡主控，而卡的数据则在每个CLK的上升沿把DI的数据读入读卡器。

  

２、SD接口

SD接口是为高速专有设备而设计，使设备能对卡进行高速可靠的传输而设计，因SD模式在每个命令及数据转输时，都必须具有正确的CRC校验。因此，此模式下主机一般需要专门设计的硬件模块以产生CRC校验。

在此模式下，SD卡具有四根数据线，且时种速度最大可达50MHz，所以此模式下数据传输速率比SPI模式快得多。

  

三、总线协议

SD卡命令共分为12类，分别为class0到class11，不同的卡主控根据其功能，支持不同的命令集。主要如下：

class0：卡的识别、初始化命令集。

class2：读卡命令集

class4：写卡命令集

class7：卡的锁定，解锁功能命令集

  

SD卡只有唯一的主机，所有命令是由主机发出。总线上可传输三种类型数据，分别是命令帧、响应、数据。

命令帧：由总线上唯一的主机发出，由设备响应并执行。

响应：指设备响应主机的命令。

数据：指由主机传给设备，或由设备传给主机的数据实体。



如上图，命令帧一共由48bit组成，其中起始位固定为0，结束位固定为1。每个命令最后1字节包含7bit的CRC校验，第一字节为的另外7bit为命令码，中间的32bit为命令参数。

一个完整的命令由命令帧和响应，或命令帧、响应和数据组合而成。

  

图二：Mult Block Read

如上图，主机发出command请求，然后卡返回该命令的respond，如果respond响应为正确，则Host通过读取cmd线状态，等待卡准备好数据；如果cmd为低电平，表示卡busy，busy结束后卡会把cmd线拉高，并且发出start token，随即进入数据传输阶段；数据传输结束后，主机发送结束命令停止命令，传输结束。
  

四、卡的初始化
上电后，卡处于IDLE状态，主机发送CMD0复位SD Card，然后通过CMD55和ACMD41判断当前电压是否在卡的工作范围内。但如果是MMC卡，则不能识别CMD55，所以可以通过此命令的响应正确与否，判断插入的是MMC卡还是SD卡。
得到正确的响应后，主机可以继续通过CMD10读取SD卡的CID寄存器，通过CMD16设置数据Block长度，通过CMD9读取卡的CSD寄存器。从CSD寄存器中，主机可获知卡容量，支持的命令集等重要参数。
此时，卡已进入了传输状态，主机就可通过CMD17/18和CMD24/25对卡进行读写。
继SD1.1之后又推出了SD2.0，主要特性是支持更大容量。SD1.1中卡容量存放于CSD寄存器中，而由于其规范中相关域的值较小，固最大只能表示2G地址。随着Nand容量的大大提高，SD1.1已经不适合潮流，因而推出了SD2.0。
初始化流程大同小义，只需要CMD0之后再加上CMD8命令的识别。SD1.1不支持CMD8，而SD2.0的CMD8能读到卡的接口信息。如果卡响应CMD8为无效命令，则走SD1.1的流程，可能是SD1.1或MMC。如CMD8响应正确，则很可能是SD2.0了。

  

五、加密

SD卡具有安全加密功能，内置128bit加密位，在加密状态下，用户需提供密码才可以访问卡内的数据。

在卡上电时，若卡包含密码，卡自动进入锁定状态，读写命令均返回错误，以保护卡内容不被读出及修改。

密码设置功能由CMD42实现，其数据包中包括该命令中所有的信息。



Byte
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0

0
   
Erase Card
Lock/UnLock
ClrPwd
SetPwd

1
Psw_Length

2
Pwd Data

  

  

  

PwdLen+1


  

擦除：此位置1时，卡的密码和内容会被强制擦除，在遗忘密码时可使用此功能。

锁定/解锁：此位置1时，表示命令结束后状态为锁定，为0，表示卡解锁。

清除密码：此位置1，表示清除卡的旧密码，此时数据中必须包含旧密码的正确内容。

加密：此位置1，表示设置卡的新密码，数据中必须包含新密码内容；更改密码时，新密码紧跟随旧密码内容。

注：在CMD42命令之前，首先要使卡工作在传输状态，在SD模式下可使用CMD7进行状态转换，在SPI模式下，可使用初始化序列进行状态切换。

  

在任意刻，主机可以通过CMD13命令读取卡的内部状态，判断其锁定状态。定义如下：

图略

bit0置1表示卡处于锁定状态。

1、设置密码

使用CMD16设置Block长度为密码长度为PWD_LEN+2；

发送CMD42命令：0x6A,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95；

发送命令数据：0x01,LEN,CMD_DATA0,CMD_DATA1……,0xFF,0xFF；

使用CMD16恢复原Block长度。

  

2、清除密码

使用CMD16设置Block长度为PWD_LEN+2；

发送CMD42命令：0x6A,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95；

发送命令数据：0x02,LEN,CMD_DATA0,CMD_DATA1……,0xFF,0xFF；

使用CMD16恢复原Block长度。

  

3、卡的锁定、解锁

使用CMD16设置Block长度为PWD_LEN+2；

发送CMD42命令：0x6A,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95；

发送命令数据：0x04,LEN,密码[LEN]……,0xFF,0xFF；

使用CMD16恢复原Block长度。

  

4、修改密码

使用CMD16设置Block长度为OLD_PWD_LEN+NEW_PWD_LEN+2；

发送CMD42命令：0x6A,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95；

发送命令数据：0x05,LEN,旧密码[n],新密码[m]……,0xFF,0xFF；

使用CMD16恢复原Block长度。

  

5、卡擦除

使用CMD16设置Block长度为1；

发送CMD42命令：0x6A,0x00,0x00,0x00,0x00,0x95；

发送命令数据：0x08,0xFF,0xFF；

使用CMD16恢复原Block长度。