一、概述

SD卡全称为 Secrue Digital Memory Card,具有轻巧、可加密、传输速度高、适用于手持设备使用等优点。

二、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。

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。

<!–[if !vml]–>图略<!–[endif]–>

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。

<!–[if !vml]–>图略<!–[endif]–>

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。

<!–[if !vml]–>图略<!–[endif]–>

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。

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:

<!–[if !vml]–>图略<!–[endif]–>

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。

原文:http://www.fly2web.cn/read.php?tid-69.html

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