FPGA实现SD卡SPI模式数据传输详解

"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。