一、SD卡简介

1、什么是SD卡？

SD卡（Secure Digital Memory Card）即：安全数码卡。它是在MMC的基础上发展而来，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛的用于便携装置上使用，例如数码相机、个人数码助理（PDA）和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝以及美国SanDiak公司于1999年8月共同开发研制。SD卡容量分类，分为三类：SD卡、SDHC卡、SDXC卡。如下表所示：

SD卡外形和接口图如下图所示：

SD卡由9个引脚与外部通信，支持SPI和SDIO两种模式，不同模式下，SD卡引脚功能描述如下表所示：

SD模式：第一个脚DAT3（也就是第四根数据线），第二个脚CDM（用于传输命令与响应），第三个脚VSS（接地GND），第四个脚VCC（电源），第五个脚CLK（提供SD卡时钟），第六个引脚VSS（GND），第七位~第九位以及第一位组成四位宽的数据线访问SD卡。

SPI模式：第一个脚CS（片选），第二脚MOSI，第三个脚VSS（GND），第四个脚VCC（电源），第五个脚CLK（时钟脚），第六个脚VSS（GND），第七个脚MISO，第八个和第九个脚NC（没有用到）。

2、SD卡特点

1、高容量，最大可达2TB（目前已有512GB的SD卡）

2、高安全性

3、高速（目前已有读取速度近100MB/S的SD卡）

4、体积小巧，标准SD卡大小只有一张邮票大小，重量仅2g

5、接口简单，支持SPI和SDIO两种访问模式。

注意：TF卡+卡套，组合起来可以当SD卡用，不过很大一部分TF卡不支持SPI访问模式。所以SPI驱动SD卡的时候，尽量选择大卡（SD卡），而不要选择TF卡。

3、SD卡寄存器

SD卡一般有5个寄存器，如下表：

4、SD卡初始化流程

（要实现SDIO驱动SD卡，最重要的步骤就是SD卡的初始化，只要SD卡初始化完成了，那么剩下的操作就简单了。）

首先Power-on，然后发送CMD0进行软复位，然后发送CMD8（CMD8带一个参数：主机的供电电压范围）。如果2.0以后的卡并且电压参数支持主机的供电范围，那么这个卡（2.0以后的卡）就会产生一个响应；如果是2.0以后的卡但是电压参数不支持主机的供电范围，那么就不会响应（1.X的卡、MMC卡也不会响应）。所以CMD8主要用来区分1.0和2.0的卡。如果是2.0的卡，则会产生一个响应，响应以后就可以知道这个SD卡的供电范围，然后就发送ACMD41指令（附带一个参数：HCS位：告诉主机是否支持SDHC（高容量）卡，如果主机支持SDHC那么就设置HCS位=1，不支持HCS=0），若发送ACMD41指令之后且支持SDHC同时这个卡刚好是SDHC，那么就会产生一个响应（卡已准备好），准备好之后会返回OCR寄存器数据。如果OCR中的CCS=1，那么这个卡就是2.0SDHC卡；CCS=0，这个卡就是2.0SD卡。如果发送CMD8之后不响应，就可能是1.0、MMC卡或者是2.0的卡但是不支持电压范围；然后也发送ACMD41指令且HCS=0，如果对指令有响应那么就是1.0的卡，如果不响应指令那么就可能是电压不支持等其他原因；如果连ACMD41指令都没发，那么可能就是MMC卡（通过发送CMD1来确定是不是MMC卡）。MMC卡的初始化比较简单，发送CMD0和CMD1就可以了。

从SD卡初始化流程给可知，不管什么卡（将卡分为四类：SD2.0高容量卡、SD2.0标准容量卡、SD1.X卡和MMC卡），首先要执行的就是卡上电（设置SDIO_POWER[1:0]=11），上电之后发送CMD0，对卡进行软复位，之后发送CMD8命令，用于区分SD卡2.0，只有2.0及以后的卡才支持CMD8命令，MMC卡和SD1.X的卡不支持该命令。

CMD8命令格式如下表：

在发送CMD8的时候，通过其带的参数我们可以设置VHS位以告诉SD卡，主机的供电情况，让SD卡知道主机的供电范围。

VHS位定义如下表所示：

这里我们使用参数0X1A，即告诉SD卡，主机供电为2.7V~3.6V之间，如果SD卡支持CMD8，且支持电压范围，则会通过CMD8的响应将参数部分原本返还给主机，如果不支持CMD8，或不支持这个电压范围，则不响应。在发送CMD8后，发送ACMD41（注意：发送ACMD41之前要先发送CMD55），来进一步确认卡的操作电压范围，并通过HCS位来告诉SD卡，主机是不是支持高容量卡（SDHC）。

ACMD41命令格式如下表：

ACMD41指令响应（R3），包含了SD卡OCR寄存器内容，其定义如下图：

对于支持CMD8的卡，主机设置ACMD41的参数HCS=1，告诉SD卡，主机支持SDHC卡。

对于2.0的卡，OCR的CCS位用于表示SDHC还是SDSC；对于1.X的卡，则忽略该位；对MMC卡，则不支持ACMD41，MMC卡只需发送：CMD0和CMD1即可完成初始化。

CMD2用于获取CID寄存器数据，CID寄存器各位定义如下表：

SD卡在收到CMD2后，将返回R2长响应（136位），其中包含128位有效数据（CIR寄存器内容），存放在SDIO_RESP1~4等4个寄存器里面。通过读取这四个寄存器，就可以获取SD卡的CID信息。

CMD3用于设置卡相对地址（RCA，必须为0），对于SD卡（非MMC卡），在收到CMD3之后将返回一个新的RCA给主机，方便主机寻址。RCA的存在允许一个SDIO接口挂多个SD卡，通过RCA来区分主机要操作的是哪个卡。对于MMC卡，则不是由SD卡自动返回RCA，而是主机主动设置MMC卡的RCA，即通过CMD带参数（高16位用于RCA设置），实现RCA设置。同样MMC卡也支持一个SDIO接口挂多个MMC卡，不同于SD卡的是所有的RCA都是由主机主动设置的，而SD卡的RCA则是SD卡发给主机的。

在获得卡RCA之后，我们便可以发送CMD9（带RCA参数），获得SD卡的CSD寄存器内容，从CSD寄存器，我们可以得到SD卡的容量和扇区大小等十分重要的信息。

二、SD卡读数据

1、SD卡单块数据块读取流程：

注意：CMD16设置的数据块大小，一般为512节，此设置直接决定SD卡的块大小，SD卡默认的块大小自动失效。

2、SD卡多块数据块读取流程：

3、CMD16指令说明：

4、CMD17指令说明：

5、CMD18指令说明：

6、CMD12指令说明：

7、SD卡单块数据块写入流程：

发送CMD16指令，设置数据块大小—>等待指令响应—>发送CMD13指令，查询卡状态—>

等待READY_FOR_DATA位=1—>发送CMD24指令，开始写入数据—>写一个数据块的数据，完成单块写入。

8、SD卡多块数据块写入流程

（发送ACMD23指令，预擦除数据块）该指令仅对SD卡有效。另外，在ACMD指令发送之前需先发送CMD55

9、CMD13指令说明

10、R1响应：

11、CMD24指令说明：

12、ACMD23指令说明：

注意：发送ACMD之前，必须先发送CMD55，通知SD卡，接下来要发送的是应用命令（APP CMD），而非标准命令。

13、CMD55指令说明

14、CMD25指令说明

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