學(xué)習(xí)SD卡的相關(guān)規(guī)范，包括定義，硬件特性，數(shù)據(jù)傳輸，命令系統(tǒng)等。不涉及代碼。

文章針對(duì)Linux驅(qū)動(dòng)開發(fā)而寫，以助于理解SD卡驅(qū)動(dòng)，不會(huì)涉及過(guò)多硬件內(nèi)容。

1. SD卡介紹

2. SD卡硬件規(guī)范

3. SD卡指令規(guī)范

4. SD卡寄存器

首先了解一下我們?cè)赟D卡驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)中會(huì)碰到的主要幾個(gè)儲(chǔ)存卡名詞：

SD：Security Digital Memory Card，新一代多媒體儲(chǔ)存卡，高速，安全（但安全機(jī)制貌似很少用到）MMC：Multimedia Card，SD卡的上一代多媒體儲(chǔ)存卡，已基本被SD卡代替eMMC：Embedded Multimedia Card，內(nèi)嵌式存儲(chǔ)器，一般焊在PCB上。內(nèi)置主控制器，以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一MMC接口（在傳統(tǒng)MMC接口上拓展，集成了整套理論），Nand Flash就是eMMCSDIO：Secure Digital Input and Output Card，SD標(biāo)準(zhǔn)上定義了一種外設(shè)接口，有很多設(shè)備模塊采用。如Wifi，GPS，Bluetooth

以下是SD卡的部分特性。

• 正向兼容MMC卡：能插SD卡的接口也可以插MMC卡
• 最大10個(gè)堆疊的卡
• SD模式和SPI模式
• 可變時(shí)鐘（0～25MHz），可變電壓（2.0～3.6V）
• 帶電插拔保護(hù)
• 安全系統(tǒng)，雙方認(rèn)證和“新的密碼算法”技術(shù)

更多的特性請(qǐng)閱讀SD卡官方規(guī)范。

下圖是SD卡和MMC卡的針腳：

可以看到，SD卡在MMC卡基礎(chǔ)上增加了8、9兩個(gè)針腳，這兩個(gè)針腳將被用作數(shù)據(jù)傳輸，以支持SD傳輸模式。SD卡支持SD模式（4數(shù)據(jù)線）和SPI模式（2數(shù)據(jù)線），MMC卡只支持SPI模式。

SD卡針腳對(duì)應(yīng)的功能：（SD模式）

SD模式：數(shù)據(jù)并行傳輸，2地，1電源，1時(shí)鐘，1命令，4數(shù)據(jù)線（4出入）（SD模式的命令通過(guò)命令線傳輸）SPI模式：數(shù)據(jù)串行傳輸，2地，1電源，1時(shí)鐘，1片選，2數(shù)據(jù)線（1入1出）（SPI模式的命令通過(guò)數(shù)據(jù)線傳輸）

以下內(nèi)容，如無(wú)分開說(shuō)明，默認(rèn)指SD模式。（本文不會(huì)涉及SPI模式學(xué)習(xí)）

SD模式和SPI模式中與主機(jī)的連接拓?fù)鋱D如下：

在SD模式中，數(shù)據(jù)線和命令線是分開連接到主機(jī)各GPIO口中的。在SPI模式中，片選線分別連接到主機(jī)各GPIO口，數(shù)據(jù)線在同一條總線上。

因?yàn)镾PI模式的數(shù)據(jù)線在同一總線上，所以需要片選來(lái)選擇不同的儲(chǔ)存卡；SD模式分別連接到主機(jī)，不需要片選線。

SD卡有數(shù)十種指令，但無(wú)非都是一些獲取信息，數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽⒉粫?huì)很難理解。規(guī)范書上有詳細(xì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，下面會(huì)有介紹。

下面是4種指令類型：

• 廣播指令，無(wú)應(yīng)答(代號(hào)bc)：發(fā)送完此類命令后，并不會(huì)有反饋，但操作已經(jīng)生效。
• 廣播指令，有應(yīng)答(代號(hào)bcr)：發(fā)送完此類命令后，SD卡會(huì)給予反饋。可能是一些寄存器信息，可能是
• 尋址（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）指令(代號(hào)ac)：發(fā)送完此類命令后，只有指定地址的SD卡會(huì)給予反饋（地址通過(guò)命令請(qǐng)求SD卡發(fā)布，是唯一的）。此時(shí)DAT線上無(wú)數(shù)據(jù)傳輸。
• 尋址（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）數(shù)據(jù)傳輸指令(adtc)：發(fā)送完此類命令后，只有制定地址的SD卡會(huì)給予反饋。此時(shí)DAT線上有數(shù)據(jù)傳輸。

官方文檔將命令分成了好幾種功能。下面將所有命令列出，僅作查閱了解用，不需要每個(gè)命令都記?。?/p>

基礎(chǔ)命令：用于重置、切換SD卡狀態(tài)，獲取相關(guān)信息

讀塊命令：讀單個(gè)、多個(gè)塊數(shù)據(jù)，設(shè)置塊長(zhǎng)度

寫塊命令：寫單個(gè)、多個(gè)塊數(shù)據(jù)，設(shè)置塊長(zhǎng)度

擦除塊命令：把對(duì)應(yīng)的塊數(shù)據(jù)擦除

寫保護(hù)命令：設(shè)置、取消對(duì)應(yīng)地址的數(shù)據(jù)的寫保護(hù)，可以使其他程序無(wú)法寫入指定的地址，達(dá)到保護(hù)目的。用的情況不太多。

鎖卡命令：設(shè)置、取消鎖卡。鎖卡后需要密碼才能訪問(wèn)SD卡。

應(yīng)用特殊命令：Cmd55，使用ACMD前必須先發(fā)送的命令；CMD56是標(biāo)準(zhǔn)的讀、寫命令，會(huì)讀、寫一個(gè)block的數(shù)據(jù)。

SDIO命令：預(yù)留給SDIO設(shè)備使用（CMD5也是預(yù)留給SDIO設(shè)備），在SD卡官方文檔中沒有說(shuō)明具體用途

SD卡專用命令：MMC卡無(wú)法使用這些命令，里面包括如設(shè)置數(shù)據(jù)總線位寬，獲取SD卡信息（寄存器）。

命令的傳輸協(xié)議大致如下：

• 0開頭，1結(jié)尾
• 大端傳輸：先MSB，最后LSB
• CRC校驗(yàn)

下面這幅圖是無(wú)響應(yīng)和無(wú)數(shù)據(jù)兩種命令的傳輸情況：

非常清晰易懂，就不贅述了。

下面這幅圖是多塊數(shù)據(jù)讀的數(shù)據(jù)傳輸情況：

主機(jī)發(fā)送多塊讀命令時(shí)，首先sd卡會(huì)做出回應(yīng)，同時(shí)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成后開始發(fā)送，并在每個(gè)block傳輸完成后加入crc校驗(yàn)碼。傳輸完一個(gè)block和crc后緊跟著下一個(gè)block的數(shù)據(jù)傳輸，直到傳輸完成，或主機(jī)發(fā)送了新的命令。

SD模式有4根數(shù)據(jù)線，一次可以傳輸半個(gè)字節(jié)，兩次一個(gè)字節(jié)。他們的傳輸方式如下圖：

同樣是先傳MSB，再傳LSB，一次傳半個(gè)字節(jié)，這樣做可以方便主機(jī)做位移組合成一個(gè)字節(jié)。如果每條線單獨(dú)傳一個(gè)字節(jié)，則需要移位8次才可以獲得一個(gè)完整的byte。

下圖為SD卡狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。重新上電時(shí)為Idle狀態(tài)：

看起來(lái)這個(gè)狀態(tài)圖很復(fù)雜，其實(shí)我們要走的流程并不復(fù)雜。Linux驅(qū)動(dòng)對(duì)SD卡做初始化會(huì)經(jīng)過(guò)如下步驟：

CMD0上電重置到idle狀態(tài)（防止一些機(jī)型關(guān)機(jī)不掉電，如某些FPGA平臺(tái)）->ACMD41獲取SD卡支持的電壓信息（還需要通過(guò)主機(jī)控制器設(shè)置電壓）->CMD2獲取卡商信息->CMD3請(qǐng)求SD卡發(fā)布相對(duì)地址->CMD9獲取CSD寄存器，即卡的電氣特性數(shù)據(jù)（需要使用SD卡相對(duì)地址）->CMD7通過(guò)相對(duì)地址選擇對(duì)應(yīng)的SD卡，該卡進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸Transfer State狀態(tài)->各種CMD進(jìn)行block讀寫

不同種類的卡初始化過(guò)程是不一樣的，通過(guò)流程差異我們可以判斷不同類型的卡。

SDIO：CMD0之后執(zhí)行CMD5，CMD5只有SDIO類型才會(huì)有響應(yīng)。

MMC：ACMD 41換為CMD1，ACMD類命令只有SD或SDIO卡才有響應(yīng)。所以要先檢測(cè)是否是SDIO，再檢測(cè)是否是SD，最后檢測(cè)是否是MMC（core層代碼中也是這個(gè)順序），否則會(huì)出現(xiàn)誤判。

SD卡一共有6個(gè)寄存器，我們用的對(duì)多的是CID（卡商信息），RCA（相對(duì)地址）和OCR（電壓信息）：

CID：卡信息：生產(chǎn)商，OEM，產(chǎn)品名，版本，出產(chǎn)日期，CRC校驗(yàn)（所有寄存器都有，下同），常用RCA：卡地址：在初始化時(shí)發(fā)布，用于與host通信，0x0000表示與所有卡通信，常用DSR：驅(qū)動(dòng)相關(guān)，總線電流大小，上升沿時(shí)間，最大開啟時(shí)間，最小開啟時(shí)間CSD：數(shù)據(jù)傳輸要求：包括讀寫時(shí)間，讀寫電壓最大最低值，寫保護(hù)，塊讀寫錯(cuò)誤SCR：特性支持，如CMD支持，總線數(shù)量支持OCR：支持的電壓，常用SSR：特有特性，卡類型（OTP，SD等），一次擦除塊數(shù)量CSR：R1返回指令的卡狀態(tài)，此寄存器用與傳輸卡狀態(tài)給host

命令系統(tǒng)中有對(duì)應(yīng)的指令獲取這6個(gè)寄存器。

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