SPI总线协议详解：SD卡通信与应用

"SPI总线协议的中文版，主要针对SD卡开发，源自SanDisk Secure Digital Card产品手册2.2版本。" SPI（Serial Peripheral Interface）总线协议是一种广泛使用的同步串行通信接口，用于微控制器与其他设备之间的通信。SPI协议在SD卡应用中尤为重要，因为它允许主机系统（如微控制器）与SD卡进行高效的数据交换。 SPI总线协议通常由四个信号线组成：主设备输入/从设备输出（MISO）、主设备输出/从设备输入（MOSI）、时钟（SCLK）和芯片选择（CS或SS）。在SPI通信中，主设备控制时钟信号，并通过CS线选择与哪个从设备通信。SPI模式有四种，分别是单线模式、双线模式、四线模式和全双工模式，而SD卡通常使用单线模式。 在SD卡的SPI模式下，启动过程包括卡的复位、模式选择和初始化。主控制器首先发送复位命令（GO_IDLE_STATE）来使SD卡进入空闲状态，然后通过设置CS线进入SPI模式。接下来，主控制器可以发送命令来配置SD卡的工作模式，如传输速度、电压等。SD卡命令集包括多种命令，如读数据（READ_SINGLE_BLOCK, READ_MULTIPLE_BLOCK）、写数据（WRITE_BLOCK, WRITE_MULTIPLE_BLOCK）、擦除操作（ERASE_GROUP_START, ERASE_GROUP_END, ERASE）以及保护和状态查询等。 SPI模式下的数据传输遵循特定的格式，包括起始位（通常为低电平）、命令代码、数据长度、数据字节和结束位。每个命令后可能跟随响应，从设备会返回一个16位的响应字段，其中包含了错误检查信息。 当主控制器与SD卡之间的通信出现错误时，SD卡会通过响应中的错误标志来指示问题，如CRC校验错误或命令非法。主控制器需要根据这些错误信息来决定如何恢复或继续通信。 SPI协议的灵活性和简单性使其成为嵌入式系统中与各种外围设备交互的首选接口。尽管这里提供的版本较旧，不包含2GB以上容量的标准，但基本原理仍然适用于现代SD卡规范，包括高容量的SDHC和SDXC卡。了解并熟练掌握SPI总线协议对于任何涉及SD卡应用的硬件开发者都是至关重要的。