SD卡特性分析

1、背景介绍

1967年。贝尔实验室江大原（Dawon Kahng，韩裔）和施敏博士（Simon Sze）共同发明了浮栅MOSFET，即所有闪存，EEPROM和EPROM的基础。

从本质上讲，CF/SM/MMC/SD/MicroSD/eMMC卡都属于闪存，即Flash Memory。

备注：TF卡在2004年问世之后，因为被SD协会采纳，更名为Micro SD卡

从Flash Memory的发展历程来看，基本上就是日本和美国的半导体产业的博弈史。最开始是CF卡和SM卡两强并立；随后MMC卡的问世取代了CF卡和SM卡，但是日本紧随其后推出了SD卡（兼容MMC卡）与之抗衡；MicroSD卡只是形式上的区别，与SD卡无本质的区别，可以抛开不提。此时闪存江湖的腥风血雨告一段落，大家都在忙着跑马圈地，占领市场。2011年，eMMC卡横空出世，紧跟着智能手机和平板电脑的浪潮，独领风骚。此时，闪存江湖已无纷争，日美半导体行业俨然沆瀣一气。

 

2、MMC卡和SD卡

MMC卡只有7pin，可以支持MMC和SPI两种工作模式。

SD卡扩展为9pin，可以支持SD和SPI两种工作模式。

可以看到，SD卡比MMC卡多三根数据线，其他信号线基本相同。

 

3、SD卡特性分析

3.1、引脚描述

3.2、SPI模式和SD模式

在SD卡内部，CD引脚有一个上拉的50KOhm上拉电阻。当系统复位或者CPU发送CMD0(复位命令)复位SD卡时，SD卡处于idle状态。此时CD引脚提供卡检测功能，CD引脚电平为1表示卡在位，0表示卡不在位。

CD引脚还提供卡模式选择功能，因为默认为高电平，因此高电平状态表示SD模式，即SDIO总线；如果要让SD卡工作在SPI模式，需要CPU主动拉低CD引脚电平为低电平。

3.3、SD卡内部结构

如图所示，SD卡内部包括SD卡接口模块、接口控制模块、上电检测模块、内存区、内存接口以及几个内部寄存器。

内存区用来存储数据，内部寄存器用来保存SD卡信息以及记录SD卡工作参数。

3.3、SD卡寄存器

 

3.2、SD卡总线协议

命令都是由CPU发起，SD卡应答或者不应答，命令和应答都是通过CMD信号线完成的，只有数据传输才使用DAT信号线。

 SD卡单块（多块）读操作

SD卡单块（多块）写操作

 

无论SD卡工作在单线模式还是多线模式，SD卡写操作时，SD卡发送的busy信号永远只出现在DAT0信号线上。

3.3、SD卡命令和应答格式

 

3.4、SD卡工作模式

SD卡主要处于卡识别模式和数据传输模式。

3.4.1、SD卡识别模式

系统或者SD卡复位之后，所有SD卡都处于Idle模式，此时RCA(Relative Card Address，相对卡地址)均为0。

此外，因为SD卡兼容MMC卡，而且生产厂家特别多，因此在电气规范（比如工作电压）上不尽相同。

因此，卡识别模式的主要工作是——识别SD卡类型，分配RCA地址，协商工作电压。

3.4.2、SD卡数据传输模式

 

SD卡的读写是以块为单位进行，块大小通常为512字节。

3.5、SD卡命令

SD卡的工作过程基本上是命令交互过程，命令的格式和说明可以参考SD卡协议规范。