SD卡命令详解

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分类专栏： STM32F207教程文章标签：单片机

于 2020-10-31 18:31:19 首次发布

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本文详细介绍了SD卡的基本概念、特点、寄存器结构以及初始化和读写操作流程。内容涵盖SD卡的分类、SPI和SDIO模式、初始化过程中的CMD0、CMD8、CMD55、ACMD41等命令，以及读写操作的步骤。重点解析了SD卡初始化的关键步骤，包括确定卡类型、设置操作电压、获取CID和CSD寄存器信息等。

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01、SD卡简介

SD卡（SecureDigital MemoryCard）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，它被广泛地于便携式装置上使用，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、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。

SD卡按容量分类，可以分为3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：

02、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，组合起来也可以当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。

03、SD的寄存器

SD的5个寄存器

这些寄存器的详细介绍，请参考《SD卡2.0协议.pdf》第五章

04、SD卡的操作

4.1、SD的初始化

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（读写操作）就简单了，所以我们这里重点介绍SD卡的初始化。

下图参见《SD卡2.0协议.pdf》这个文档。

从SD卡初始化流程可知，不管什么卡（这里我们将卡分为4类：SD2.0高容量卡（SDHC，最大32G），SD2.0标准容量卡（SDSC，最大2G），SD1.x卡和MMC卡），首先我们要执行的是卡上电（设置SDIO_POWER

[1:0]=11），上电后发送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V1.x的卡，是不支持该命令的。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0X1AA，即告诉SD卡，主机供电为2.7~3.6V之间，如果SD卡支持CMD8，且支持该电压范围，则会通过CMD8的响应（R7，关于SD卡响应，请参考《SD卡2.0协议.pdf》第4.9节）将参数部分原本返回给主机，如果不支持CMD8，或者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命令格式如下表所示：

ACMD41指令响应(R3)，包含了SD卡OCR寄存器内容，其定义如下表所示：

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2.0的卡，OCR的CCS位用于表示SDHC还是SDSC；对1.x的卡，则忽略该位；

对MMC卡，则不支持ACMD41，MMC卡只需要发送：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（CID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，就可以获得SD卡的CID信息。

CMD3，用于设置卡相对地址（RCA，必须为非0），对于SD卡（非MMC卡），在收到CMD3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CMD3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。CSD寄存器我们在这里就不详细介绍了，关于CSD寄存器的详细介绍，请大家参考《SD卡2.0协议.pdf》。

至此，我们的SD卡初始化基本就结束了，最后通过CMD7命令，选中我们要操作的SD卡，即可开始对SD卡的读写操作了。