SD卡物理层规范5.00版解读
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更新于2024-07-15
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"SD规格说明书第一部分"
SD卡协议是电子设备中广泛使用的存储卡标准，由SD卡协会（SDCardAssociation，简称SDA）制定并维护。"SD Specifications Part1" 是该标准的物理层简化规范，版本5.00，发布于2016年8月10日。这个文档详细定义了SD卡与主机系统之间的接口协议，确保不同制造商的产品之间具有互操作性。
SD卡的物理层规范涵盖了以下几个关键知识点：
1. **接口规格**：SD卡的物理尺寸、引脚布局以及电气特性。SD卡有标准尺寸和迷你尺寸两种，它们的引脚定义和电源需求在规范中均有明确规定，包括数据传输线（通常为4线或1线模式）、命令/控制线、电源线等。
2. **信号电平**：SD卡支持不同的电压标准，如3.3V和1.8V，以适应不同设备的需求。此外，它还采用了SPI（Serial Peripheral Interface）和四线模式的MMC（MultiMediaCard）接口，以实现高速数据传输。
3. **数据传输**：SD卡使用串行接口进行数据传输，支持多种速度等级，例如基础速度、全速、高速和超高速。随着版本的升级，如从1.10到5.00，数据传输速率不断提升，5.00版本引入了UHS-Ⅱ（Ultra High Speed - 2），提供了更高的数据吞吐量。
4. **错误检测和纠正**：为了保证数据的完整性和可靠性，SD卡协议包含错误检测和纠正机制，如CRC（Cyclic Redundancy Check）和ECC（Error Correction Code）。这些机制能检测并修复在传输过程中可能出现的错误。
5. **命令和响应**：SD卡与主机之间的通信基于一系列预定义的命令，如CMD0（初始化）、CMD8（查询电压范围）、CMD27（读单块）、CMD55（应用命令）等。每个命令都有相应的响应格式，确保正确执行。
6. **安全特性**：SD卡支持版权保护技术，如Content Protection for Recordable Media (CPRM) 和Copy Protection for SD (CPSD)，以防止未经授权的复制和使用。
7. **扩展功能**：随着版本的更新，SD卡不断添加新的功能，如SDIO（Secure Digital Input/Output）模式，允许SD卡除了存储功能外，还能作为其他I/O设备使用，如Wi-Fi模块或GPS接收器。
8. **兼容性**：SD卡规范的一个重要特点是向后兼容，即新版本的SD卡可以在旧版本的读卡器上使用，尽管可能无法充分利用新版本的全部功能。
9. **知识产权**：值得注意的是，SD卡协议的部分内容可能涉及到SD-3C, LLC的知识产权，因此采用该规范的成员需要获得相应的许可。
"SD Specifications Part1" 是理解SD卡如何与系统交互的基础，对于设计和开发涉及SD卡的硬件和软件至关重要。从1.10版本到5.00版本的更新，反映了SD卡技术的进步和对更高性能、更多功能的需求。
©Copyright 2001-2016 SD Card Association
Physical Layer Specification Version 5.00
Confidential
xv
Table 4-42: Card Status .................................................................................................................................. 87
Table 4-43: Card Status Field/Command - Cross Reference ........................................................................ 88
Table 4-44: SD Status ................................................................................................................................... 90
Table 4-45: Speed Class Code Field ............................................................................................................. 90
Table 4-46: Performance Move Field ............................................................................................................. 90
Table 4-47: AU_SIZE Field ............................................................................................................................. 91
Table 4-48: Maximum AU size ........................................................................................................................ 91
Table 4-49: Erase Size Field .......................................................................................................................... 91
Table 4-50: Erase Timeout Field .................................................................................................................... 92
Table 4-51: Erase Offset Field ........................................................................................................................ 92
Table 4-52: UHS_SPEED_GRADE Field ....................................................................................................... 92
Table 4-53: UHS_AU_SIZE Field ................................................................................................................... 93
Table 4-54: VIDEO_SPEED_CLASS Field .................................................................................................... 93
Table 4-55: VSC_AU_SIZE Field ................................................................................................................... 94
Table 4-56: Valid AU Size and SU Size .......................................................................................................... 95
Table 4-57: SUS_ADDR Field ........................................................................................................................ 95
Table 4-58: Timing Diagram Symbols ............................................................................................................ 97
Table 4-59: Timing Values (Except SDR50, DDR50 and SDR104) ............................................................... 97
Table 4-60: Measurement Condition of Speed Class (SDSC and SDHC) .................................................. 103
Table 4-61: Performance Requirements for Each Class (SDSC and SDHC) ............................................. 104
Table 4-62 : Measurement Conditions of Speed Class (SDXC) .................................................................. 107
Table 4-63 : Performance Requirements for Each Class (SDXC) ............................................................... 108
Table 4-64 : Speed Grade Measurement Conditions for UHS-I and UHS-II ............................................... 112
Table 4-65 : Video Speed Class Violating Conditions .................................................................................. 114
Table 4-66 : Busy Time for CMD20 Operations ........................................................................................... 120
Table 4-67 : SD Interface Mode Requirements for Video Speed Classes ................................................... 121
Table 4-68 : Video Speed Class Measurement Conditions ......................................................................... 129
Table 4-69 : Clock Condition for Video Speed Class ................................................................................... 129
Table 4-70 : Power Limit per Interface for Video Speed Class .................................................................... 129
Table 5-1: OCR Register Definition .............................................................................................................. 135
Table 5-2: The CID Fields ............................................................................................................................. 136
Table 5-3: CSD Register Structure ............................................................................................................... 137
Table 5-4: The CSD Register Fields (CSD Version 1.0) .............................................................................. 138
Table 5-5: TAAC Access Time Definition ...................................................................................................... 139
Table 5-6: Maximum Data Transfer Rate Definition ..................................................................................... 139
Table 5-7: Supported Card Command Classes ........................................................................................... 140
Table 5-8: Data Block Length ....................................................................................................................... 140
Table 5-9: DSR Implementation Code Table ................................................................................................ 141
Table 5-10: V
DD
min Current Consumption .................................................................................................. 141
Table 5-11: V
DD
max Current Consumption .................................................................................................. 141
Table 5-12: Multiply Factor for the Device Size ........................................................................................... 142
Table 5-13: R2W_FACTOR .......................................................................................................................... 143
Table 5-14: Data Block Length ..................................................................................................................... 143
Table 5-15: File Formats ............................................................................................................................... 144
Table 5-16: The CSD Register Fields (CSD Version 2.0) ............................................................................ 145
Table 5-17: The SCR Fields ......................................................................................................................... 148
Table 5-18: SCR Register Structure Version ................................................................................................ 148
Table 5-19: Physical Layer Specification Version ........................................................................................ 149
Table 5-20: CPRM Security Version ............................................................................................................. 151
Table 5-21: SD Memory Card Supported Bus Widths ................................................................................. 151
Table 5-22 : Extended Security .................................................................................................................... 151
Table 5-23 : Command Support Bits ............................................................................................................ 152
Table 5-24 : Field Definition of Extension Register Set Address ................................................................. 165
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