SPI总线协议详解：SD卡通信与应用

"SPI总线硬件协议的详细说明，源自SanDisk Secure Digital Card产品手册2.2版本，由醇酒翻译。" SPI（Serial Peripheral Interface）总线是一种简单且广泛使用的串行通信协议，用于微控制器和其他外围设备之间的通信。在SD卡的应用中，SPI模式是与SD卡进行数据交换的一种方式，尤其适用于低速和简单系统。 **SPI总线协议的核心要素：** 1. **总线拓扑：** SPI总线通常由四个线缆组成：MISO（Master Input, Slave Output）、MOSI（Master Output, Slave Input）、SCK（Serial Clock）和SS（Slave Select）。主设备（如微控制器）控制时钟信号SCK，并通过MOSI线发送数据，而从设备（如SD卡）通过MISO线返回数据。SS线用于选择活动的从设备。 2. **通信流程：** - **初始化：** SD卡上电后，主控制器通过SPI总线进行复位，使卡进入SPI模式。这通常涉及拉低SS线一段时间，然后释放，以启动SPI通信。 - **进入SPI模式：** 主设备发送特定的命令序列，如CMD0（GO_IDLE_STATE），将SD卡设置到SPI模式。 - **命令结构：** 命令由一个起始位（负edge的SCK脉冲）、一个命令标识符（8位）、一个响应期待位（R1类型响应的1位，R1b或R5类型的3位）和一个结束位（正edge的SCK脉冲）组成。 - **数据传输：** 数据传输是双向的，主设备通过MOSI发送数据，从设备通过MISO接收；反之亦然。数据通常以8位字节为单位进行传输。 3. **命令集：** - SPI模式下的SD卡支持一套特定的命令，如CMD17（READ_SINGLE_BLOCK）用于读取单个数据块，CMD24（WRITE_SINGLE_BLOCK）用于写入单个数据块，CMD32至CMD38用于擦除操作，CMD16（SET_BLOCKLEN）用于设置数据块长度等。 - 每个命令都有其特定的参数和响应，如错误检查和确认机制。 4. **错误处理：** - 如果在通信过程中发生错误，如CRC校验失败或命令不匹配，SD卡会返回特定的错误响应，主设备需要根据这些响应采取相应的措施。 5. **限制与兼容性：** - 提到的手册版本（2.2）相对较旧，可能不包含2GB以上容量的SD卡标准。对于更大容量的卡，需要更新的协议规范。 SPI总线协议因其简单性和灵活性，在嵌入式系统中广泛应用。理解并正确实施SPI协议对于成功地与SD卡进行通信至关重要，尤其是在开发涉及SD卡存储的电子设备时。同时，随着技术的发展，确保使用最新的SD卡规范以支持不断增长的存储需求是必要的。