SD4.0物理层协议（中文版）_sd4.0

SD4.0

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SD 4.0 协议标准完整版

历史版本

日期

版本

与前版对比主要变化

2000.3.22

1.00

基本版本（草稿）

2001.4.15

1.01

首次发行版本

2004.10.15

1.10

版本 1.01+增补版本 1.01e（2004.3.21）

新增 CMD6（切换功能命令），以及新的命令系统中保留的

CMD34-37,50 和 57

新增告诉模式（最高 25MB/s 读写速率）

新增电子商务命令和厂商自定义命令

2006.5.09

2.00

版本 1.10+对版本 1.10 追加的注释

新增高容量 SD 卡定义（最高 32GB）

2009.4.16

3.00

以下是版本 2.00 新加的

(1)物理层版本 2.00

(2)支持扩展容量卡(SDXC)

(3)支持超高速 I（UHS-I)

(4)更新速度等级规范

(5)新增 Set Block Count 命令（CMD23)

2010.2.18

3.01

版本 3.01 中的更改：

(1)追加的注释版本 1.00

(2)更新第一章中的描述

(3)更新图 4-23 到 4-37 以及 7-14 到 7-21 使其更准确

对最终版本额外的说明：

√SPI 模式下最大电流为 100mA(表 3-5）

√CMD15 可以在数据传输模式下发送（图 4-1）

√如果不支持速度等级（XPC=0)，则表示 Class0 为默认

√在 CMD6 中只有功能组 2 具有 Busy 状态

√如何设置 SD_SPEC 及 SD_SPEC3（140 页 SCR）

√SCR 中 bit33-32 为 CMD_SUPPORT(140 页 SCR）

√SPI 模式下只支持 CPRM 安全性（175 页 7.2.12）

2011.5.30

4.00

以下是版本 4.00 中新增的：

(1)支持 UHS-II 接口

(2)采用功率消耗和功率限制

(3)附录增加主机电源网络

(4)更改物理层版本 3.01

注：本文是在网络流传的“沙贝@中科创达”SD2.0 协议标准完整版的基础上，增加了 SD4.0

内容。文中正文标注红色表示是 SD4.0 新增内容；标题标注红色表示为该标题以下的内容都

是 SD4.0 新增加的。关于 UHS-II 内容，有另外的翻译版本。

风语者 2016 于西安

● 音频规范

这个规范，以及其他应用规范，描述了一个特殊应用的规范(本文档是音频应用)，以及

实

施需求

● 文件系统规范

这个规范描述了存储在 sd 卡上的数据的文件格式化结构的规范(保护和非保护区域)

● 安全规范

这个规范描述了内容保护机制和支持的特殊应用命令

● 物理层规范(本文档)

这个规范描述了 sd 卡使用的物理接口和命令协议。这个文档的目的是定义 sd 卡以及它

的环境和处理。这篇文档被分为了几个部分：

第 3 章是关于系统概念的概述

第 4 章描述了常见 SD 卡特点。这种描述定义了卡的整体性能，我们建议看产品文档

第 5 章描述了 sd 卡寄存器

第 6 章定义了 sd 卡的硬件接口的电气参数。

版本 2.00 中机械性能的描述被转移到标准尺寸描述附录中。

有三种基于形状的尺寸：

（1）标准尺寸

（2） miniSD

（3） microSD

UHS-II 接口描述在 UHS-II 文档中定义。

用于嵌入式应用的不可移动的 memory 器件的定义在 eSD 中。

这个文档中，“shall”和“will”表示一个标准的强制性规定。“should”表示一个条

款，建议但不强制。“may”是指一个特征(feature)，可能存在或不存在(看使用者选择)，

它

的存在并不影响依存性

● Mc-EX 接口规范

SD 卡规范的 A1 部分作为 SD 卡物理层规范的扩展，提供了所有传输移动商务扩展(MC-EX)

命令包所需要的定义。（从 Mc-EX host 到 Mc-EX 使能 SD 卡，或者反向传输）

● SDIO 规范

SDIO 卡及 SDIO 规范是基于物理层规范的扩展和更改，该规范定义在 E1 部分 SDIO 规范

中。

2、系统特征

● 针对便携式和固定式应用

● 存储容量：

（1）标准容量 SD 卡（SDSC）：最高达到 2GB

（2）高容量 SD 卡（SDHC）：大于 2GB 且最高达 32GB

（3）扩展容量 SD 卡（SDXC）：大于 32GB 且最高达 2TB

● 电压范围：

高电压 SD 卡-工作电压范围：2.7 -3.6V

UHS-II SD 卡-工作电压范围：VDD1:2.7-3.6V，VDD2:1.70-1.95V

● 专为只读和读/写卡

● 总线速度模式(使用 4 条并行数据线)

（1）默认模式：3.3V，最高最高 25MHz,最高速度 12.5MB/sec

（2）高速模式：3.3V，最高频率 50MHz,最高速度 25MB/sec

（3） SDR12: UHS-I 1.8V，最高频率 25MHz,最高速度 12.5MB/sec

（4） SDR25: UHS-I 1.8V，最高频率 50MHz,最高速度 25MB/sec

（5） SDR50: UHS-I 1.8V，最高频率 100MHz,最高速度 50MB/sec

（6） SDR104:UHS-I 1.8V，最高频率 208MHz,最高速度 104MB/sec

（7） DDR50: UHS-I 1.8V，最高频率 50MHz,双时钟沿采样，最高速度 50MB/sec

（8） UHS156:UHS-II 1.8V，RCLK 频率范围 26MHz-52MHz,最高速度 1.56Gbps 每通道

(per lane)

● 切换功能命令支持总线速度模式，命令系统，驱动强度，和未来的功能

● 存储区域错误改正

● 读取操作过程卡被移除，不会损坏内容

● 内容保护机制-符合 SDMI 标准的最高安全标准

●

卡密码保护(CMD42-LOCK_UNLOCK)

● 机械开关的写保护功能

● 内置写保护功能(临时和永久)

● 卡检测(插入/拔出)

● 应用特殊命令

● 轻松擦写机制

● 通信信道的协议属性

SD 卡通信信道

6 线通信信道(时钟，命令，数据 x4)

错误保护数据传输

单块或多块的定向数据传输

● SD 卡形状

有三种形状的卡：

标准尺寸的 SD 卡：见 Part1 标准尺寸 SD 卡

miniSD 卡：见 Part1 miniSD 卡

Micro SD 卡：见 Part1 microSD 卡

● SD 卡标准尺寸 2.1mm 和 1.4mm

本规范的所有特征都是基于标准尺

寸的 SD 卡

3、SD 卡系统概念

SD 卡提供给应用设计者一个低成本的存储设备（支持高安全级别的内容保护的可插拔

卡），

以及一个简洁，易实现的接口。

SD 卡可以分为几个等级(class)，他们提供的功能不同(功过 D 卡系统命令的子集提供)

一个 SD 卡系统包含 SD 卡，总线，以及主机/应用。不过主机及应用的说明不在本文档

中。接

下来的各节提供了卡的概述，总线拓扑，SD 卡系统的通信协议。内容保护系统描述

在文档“SD

Memory Card Security Specification”中。

3.1 读写属性

以读写属性来说，有两种 SD 卡：

● 读写卡(闪存，一次可编程-OTP，多次可编程-MTP)

这些卡一般是空白媒体卡卖出，用

于存储含量数据，终端用户视频，音频或者数字图像

● 只读卡(ROM)

这些卡是用固定内容制作的卡。他们通常用软件，音频视频

的分发媒体。

3.2 支持电压

以电压来说，有两种 SD 卡：

● 高电压 SD 卡，可以工作在 2.7-3.6V

● UHS-II SD 卡，可以工作在低电范围 VDD1:2.7-3.6V,VDD2:1.70-1.95V

3.3 卡容量

3.3.1 用户区和保护区

SD 卡有两个独立的区域：用户区和保护区。用户区是主要的存储区域，而保护区可以

在身份验证后访问。身份验证的内容在 Part3 安全规范中定义。卡容量是指用户区和保护区

容量的总和。

3.3.2 卡容量分类

以容量来说，有三种 SD 卡：

● 标准容量 SD 卡（SDSC），支持最大 2GB（2

bytes）的容量。所有的物理规格文档都会

定义这种

● 高容量 SD 卡（SDHC），支持超过 2GB（2

bytes）的容量，最高达 32GB。该类型卡在

版本 2.00 中定义。

● 扩展容量卡（SDXC），支持超过 32GB（2

bytes）的容量，最高达 2TB。

注释:

1 “Part 1 物理层规格 V3.0 版或更新版”以及 “Part2 文件系统规格 V3.0 版或更新

版”允许标准容量 SD 卡最大 2GB，高容量 SD 卡最大 32GB，以及扩展容量 SD 卡最大 2TB。

2 Host 如果可以读写 2GB 到 32GB 的 SD 卡，那么它应该也可以读取 2GB 或更小的卡。

3 Host 如果可以读写 32GB 到 2TB 的 SD 卡，那么也应该可以读取 32GB 或者更小的卡。

3.4 速度等级

我们定义了 5 个速度等级，来表示卡的最小速率：

● Class 0 – 这种卡不定义具体性能，代表了这个规范出来之前的所有卡

● Class 2 – 最小 2MB/s 的性能（默认速度模式）

● Class 4 – 最小 4MB/s 的性能（默认速度模式）

● Class 6 – 最小 6MB/s 的性能（默认速度模式）

● Class 10 – 最小 10MB/s 的性能（高速模式）

高容量 SD 卡应该支持速度等级规格，并且最小要到 Class2。

注意：性能单位是[MB/sec] 表示 1000x1000[byte/s]，而数据大小的单位 MB 指的是 1024x1024 Byte。

这是因为最大 SD 总线速度是由最大 SD 时钟频率决定的（在 50MHz 频率下，25MB/s=25000000 Byte/s），

而数据大小是基于存储范围（2 的次幂）。

3.5 总线拓扑

SD 卡系统定义了三种通信协议：SD ， SPI 和 UHS-II。

主机系统可以选择任意一种。当收到 reset 命令的时候，SD 卡通过主机的信息来决

定

使用何种模式，并且之后的通讯都会使用相同的模式。不推荐多卡槽用共同的总线信号。一

个单独的 SD 总线应该连接一个单独的

可移除的 SD 卡

。UHS-II 支持多个器件通过环形

（Ring）或 Hub 拓扑连接（参见 3.5.3）。

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