1 引言

SD卡( Secure DigitalMemory Card)是一種基于Flash的新一代存儲器，它著重數(shù)據(jù)存儲的安全,、容量和性能,，是許多便攜式電子產(chǎn)品如數(shù)碼相機、手提電話,， PDA 等理想的外部存儲介質(zhì),。

2　SD的基本概念

2. 1　SD的通信協(xié)議

SD卡系統(tǒng)可以在兩種通信協(xié)議下工作： SD協(xié)議和SP I協(xié)議。用戶可以在硬件初始化時自由選擇SD卡系統(tǒng)的通信協(xié)議,。對于特定的硬件電路,，用戶只需使用一種通信協(xié)議即可。

本文根據(jù)筆者的硬件,，僅討論最常用的SD協(xié)議,。

2. 2　SD數(shù)據(jù)傳輸方式

SD支持兩種數(shù)據(jù)傳輸方式： 1 - bit方式(標準總線)和4- bit方式(寬總線) 。在1 - bit方式下,，數(shù)據(jù)僅僅在數(shù)據(jù)線0(DAT[ 0 ] ) 上傳輸,。在4 - bit方式下， 數(shù)據(jù)在4 根數(shù)據(jù)線(DAT[ 3： 0 ] )上同時傳輸,。在4 - bit數(shù)據(jù)傳輸方式下,，最高的數(shù)據(jù)傳輸速率可達100Mb / sec。表1列出了在兩種方式下SD接口信號的定義,。

上電后,， 缺省狀態(tài)下系統(tǒng)工作于1 - bit方式。在SD卡處于傳輸狀態(tài)時,， 用戶可以自由地更改為1 - bit或4 - bit方式,。

2. 3　SD 通信原理

SD總線是一個星型的總線結構，系統(tǒng)中允許有一個主控器,，最多可達十個從設備( SD卡) ,。在系統(tǒng)初始化時，主控器分別為每一個設備分配一個設備地址,，此后主控器就可以根據(jù)此設備地址獨立操作該設備,。

SD總線通信是基于命令和數(shù)據(jù)位流的，每一個數(shù)據(jù)流都包括一個起始位和一個結束位。

每一個SD命令表征一個卡操作的開始,。SD命令由命令線(CMD)進行傳輸,。

SD卡在接收到命令后，會向主控器發(fā)送一個應答信號,，表征已經(jīng)接收了一個命令,。應答信號傳輸在CMD線上。有小部分的命令是沒有應答信號的,，這取決于命令的類型,。

SD數(shù)據(jù)傳輸是雙向。所有的數(shù)據(jù)傳輸都在數(shù)據(jù)線上進行,。

2. 4　SD系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)組織格式

SD系統(tǒng)中的命令傳輸,、應答信號傳輸和數(shù)據(jù)傳輸都有各自專門的組織形式，如圖1,。

所有的命令字,、應答和數(shù)據(jù)的第一位都為起始位“0”，最后一位為結束位“1”,。

命令字和應答中的第二位為發(fā)送者標志位,，“1”表示主控器命令，“0”表示SD卡應答信號,。

SD卡根據(jù)所接收命令字的不同,，有R1， R2,， R3和R6四種不同的應答,，具體可參考SD相關文檔。

在進行數(shù)據(jù)傳輸時,，如果使用寬總線傳輸方式,，同一時間有四位數(shù)據(jù)在傳輸，分別使用四根數(shù)據(jù)線,。每根數(shù)據(jù)線上的CRC校驗碼是獨立計算的,。

3　SD卡操作流程

SD系統(tǒng)所有的通信都由主控器控制。主控器必須負責系統(tǒng)的初始化,，設置通信中必需的各種參數(shù),，然后再發(fā)起數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭氩僮鳌Ｔ谶@一系列過程中,， SD卡可能處于如表2所示的各種狀態(tài)中的一種,。

3. 1　系統(tǒng)初始化

此階段系統(tǒng)的操作模式屬于卡鑒別模式。

主控制器首先發(fā)送命令字CMD0重置所有系統(tǒng)中處于鑒別模式中的卡,。接收到命令CMD0后,， SD卡將被初始化,，并獲得一個缺省的地址0 (相對卡地址寄存器RCA = 0x0) 。

接著主控器以自己要求的工作電壓范圍為參數(shù)發(fā)送命令ACMD41查詢SD卡的OCR (工作環(huán)境寄存器) ,。工作電壓不在此要求范圍內(nèi)的卡將被排除在進一步的總線操作之外并進入非活動狀態(tài),。符合電壓范圍要求的卡將進入就緒狀態(tài)。

緊接下來主控器發(fā)送命令CMD2以獲得SD卡的標識號CID,。SD卡發(fā)送了CID號后進入識別狀態(tài)。

最后,，主控器以相對地址為參數(shù)發(fā)送命令CMD3,， SD卡接收到命令后用該參數(shù)更新自己的RCA。此后主控器就可以使用此地址尋址該卡,。

初始化完成后,， SD卡就處于了數(shù)據(jù)傳輸模式的等待狀態(tài)，這是數(shù)據(jù)傳輸模式的初始狀態(tài),。此時通過卡選擇命令CMD7就進入傳輸狀態(tài),，可以進行數(shù)據(jù)的寫入與讀出了。

3. 2　SD寫操作

SD卡的讀寫是以數(shù)據(jù)塊為基本單位的,。數(shù)據(jù)塊的大小因卡而異,，通常塊大小為512字節(jié)(Byte)到2048字節(jié)。特定卡的數(shù)據(jù)塊的大小在卡的特性寄存器(CSD)中有定義,。特殊情況下,，部分卡支持小塊(最小可以字節(jié)為單位)讀寫。但推薦以塊為單位進行讀寫,。

SD卡支持單塊寫入和多塊寫入,。單塊寫入使用命令CMD24，多塊寫入使用命令CMD25,。當有多個數(shù)據(jù)塊要寫入時,，使用多塊寫入要比多次執(zhí)行單塊寫入能獲得更高的效率。

由于SD卡內(nèi)部具有緩存區(qū),，上述過程SD卡處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài),，接收到的數(shù)據(jù)并未真正寫入到SD卡的記憶體(memo2ry)內(nèi)，而是存放在SD卡的緩存區(qū)內(nèi),。當接收數(shù)據(jù)完成后,， SD卡自動進入數(shù)據(jù)編程狀態(tài)，這才真正地把數(shù)據(jù)寫入SD卡的記憶體內(nèi),。

3. 3　SD讀操作

與寫操作對應,， SD卡支持單塊讀取和多塊讀取。單塊讀取使用命令CMD17,，多塊讀取使用命令CMD18,。當有多個數(shù)據(jù)塊要讀取時,，使用多塊讀取要比多次執(zhí)行單塊讀取能獲得更高的效率。

4　基于S3C2410的應用

三星的S3C2410是一款32位嵌入式處理器,，其內(nèi)建了一個SD主控器,，兼容SD 1. 0、MMC 2. 11和SD IO 1. 0版本,。使用S3C2410可以方便地與SD卡接口,。

4. 1　S3C2410和SD卡的接口

S3C2410與SD卡的接口如圖2所示。其中nCD_SD為卡偵測信號,，WP_SD為卡的寫保護信號,。對于簡單的寫操作，只需在寫入前檢測WP_SD位,。

4. 2　使用S3C2410對SD卡進行讀寫

在通常的SD讀寫操作中,，可以使用查詢方式、中斷方式或DMA,。當SD卡處于傳輸狀態(tài)后,，先重置S3C2410發(fā)送緩沖區(qū)、選擇總線寬度,、選擇讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù),、選擇讀寫數(shù)據(jù)塊的數(shù)量，選擇讀寫數(shù)據(jù)塊的起始地址,，寫入讀或?qū)懨钭?，然后根?jù)要讀寫的數(shù)據(jù)塊數(shù)目連續(xù)地從/向SD數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀出或?qū)懭胍粋€或多個數(shù)據(jù)塊。以下代碼可以使用查詢方式向SD卡寫入一個或多個數(shù)據(jù)塊：

對SD卡進行讀操作的流程與寫操作類似,，僅是使用的命令字不同,。用戶可根據(jù)寫操作代碼進行修改。

5　結束語

隨著越來越多的電子產(chǎn)品支持SD存儲卡,， SD卡的應用范圍越來越廣,。由32位嵌入式處理器S3C2410和SD卡結合構成的存儲系統(tǒng)，為用戶提供了安全,、輕便的存儲解決方案,。SD卡功能較多，所有操作并非本文能講述清楚的,。但通過本文的介紹,，讀者可以對SD有一個概念上的了解，并清楚其基本的操作過程,，進而加以延伸,。