FPGA实现SD卡SPI模式数据传输详解
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更新于2024-08-29
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"这篇文章除了介绍SD卡的基础知识,包括其历史、规范和容量等级,还重点讨论了在FPGA中通过SPI模式实现SD卡数据传输的原理。文章指出,SPI模式在数据通信要求不高的场景下是理想的选择,因为它只需要四条线即可完成数据交换。此外,文章提到了SD卡的命令协议,它基于主机发起的命令和SD卡的响应,命令包由6字节组成,包含命令号和其他参数。"
在SD卡数据传输的实现中,SPI(Serial Peripheral Interface)模式被广泛用于与FPGA(Field-Programmable Gate Array)等微控制器进行通信。这种模式简化了硬件接口,仅需要四条线:时钟(SD_CLK)、串行数据输入(SD_DATAIN/SD_DATA0)、串行数据输出(SD_DATAOUT/SD_DATA0)和片选(SD_CS)。SPI模式适合对传输速度要求不那么严格的情况,因为它相比SD模式的全双工通信来说,速度较慢但更易于实现。
SD卡有三个主要规范版本:SD1.0、SD2.0和SD3.0,其中SD1.0已不再使用,当前广泛使用的版本是SD2.0和SD3.0。SD2.0称为高速卡,其传输速率超过2MB/s,而SD3.0被称为超高速卡,速度可达104MB/s。SD卡的容量分为SD、SDHC(High Capacity)和SDXC(Extended Capacity)三个等级,每个等级有不同的容量范围和磁盘格式要求。例如,SD卡不超过2GB,采用FAT12或FAT16格式;SDHC在2GB至32GB之间,使用FAT32格式;而SDXC则在32GB至2TB之间,采用exFAT格式。
速率等级是衡量SD卡性能的关键指标,例如Class0没有速度要求,Class2要求最低2MB/s的传输速率,依此类推。这些等级通常在卡上用一个数字和一个圈表示,比如4代表Class4,确保至少4MB/s的传输速度。
SD卡通信的核心是命令协议,所有操作都是由主机发起命令,SD卡接收并响应。一个完整的命令包由六个字节构成,第一个字节是命令码,高两位固定为01,其余六位标识具体命令。接下来的四个字节可能包含命令的参数,最后一个字节是CRC校验。不同的命令会触发不同类型的响应,有的命令可能需要SD卡返回数据,数据的长度和内容取决于命令类型。
理解SD卡的SPI通信模式和命令协议对于设计嵌入式系统中涉及SD卡的数据传输至关重要,特别是在FPGA环境中,因为这种模式提供了足够的灵活性和简易性,同时满足了许多应用对存储和数据交换的需求。
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