SD/MMC 卡读写模块—SD/MMC 卡的外部物理接口

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SD/MMC    卡是一种大容量（最大可达 4GB）、性价比高、体积小、访问接口简单的存储卡。SD/MMC 卡大量应用于数码相机、MP3 机、手机、大容量存储设备，作为这些便携式设备的存储载体，它还具有低功耗、非易失性、保存数据无需消耗能量等特点。SD 卡接口向下兼容 MMC（MutliMediaCard 多媒体卡）卡，访问 SD 的 SPI 协议及部分命令也适用于 MMC 卡。SD/MMC       卡读写模块是 ZLG     系列中间件的重要成员之一，又称为 ZLG/SD。该模块是一个用来访问 SD/MMC 卡的软件读写模块，目前最新版本为 2.00，本版本不仅能读写SD 卡，还可以读写 MMC 卡；不仅能在前后台系统（无实时操作系统）中使用，还可以在嵌入式操作系统 μC/OS-II 中使用。本文模块只支持 SD/MMC 卡的 SPI 模式。在本章中，除了特别说明以外，“卡”都是指 SD 卡或 MMC 卡。
1.1 SD/MMC 卡的外部物理接口
SD 和 MMC 卡的外形和接口触点如图 1.1 所示。其中 SD 卡的外形尺寸为：24mm x 32mm x 2.1mm（普通）或 24mm x 32mm x 1.4mm（薄 SD 存储卡），MMC 卡的外形尺寸为24mm x 32mm x 1.4mm。

表 1.1 为 SD/MMC 卡各触点的名称及作用，其中 MMC 卡只使用了 1 ~ 7 触点。

注：1.  S：电源；I：输入；O：推挽输出；PP：推挽 I/O。
    2.  扩展的 DAT 线（DAT1 ~ DAT3）在上电后处于输入状态。它们在执行 SET_BUS_WIDTH 命令后作为 DAT 线操作。当不使用 DAT1 ~ DAT3 线时，主机应使自己的DAT1~DAT3 线处于输入模式。这样定义是为了与 MMC 卡保持兼容。
     3.  上电后，这条线为带 50KΩ 上拉电阻的输入线（可以用于检测卡是否存在或选择 SPI 模式）。用户可以在正常的数据传输中用 SET_CLR_CARD_DETEC（ACMD42）命令断开上拉电阻的连接。MMC 卡的该引脚在 SD 模式下为保留引脚，在 SD 模式下无任何作用。
     4.  MMC 卡在 SD 模式下为：I/O/PP/OD。
     5.  MMC 卡在 SPI 模式下为：I/PP。
由表 1.1 可见，SD 卡和 MMC 卡在不同的通信模式下，各引脚的功能也不相同。这里的通信模式是指微控制器（主机）访问卡时使用的通信协议，分别为 SD 模式和 SPI 模式。在具体通信过程中，主机只能选择其中一种通信模式。通信模式的选择对于主机来说是透明的。卡将会自动检测复位命令的模式（即自动检测复位命令使用的协议），而且要求以后双方的通信都按相同的通信模式进行。所以，在只使用一种通信模式的时候，无需使用另一种模式。下面先简单介绍这两种模式。
1.1.1 SD 模式
在 SD 模式下，主机使用 SD 总线访问 SD 卡，其总线拓扑结构如图 1.3 所示。由图可见，SD 总线上不仅可以挂接 SD 卡，还可以挂接 MMC 卡。

SD 总线上的信号线的详细功能描述如表 1.2 所示。

SD 存储卡系统（SD 模式）的总线拓扑结构为:  一个主机（如微控制器）、多个从机（卡）和同步的星形拓扑结构（参考图 1.3）。所有卡共用时钟  CLK、电源和地信号。而命令线（CMD）和数据线（DAT0 ~ DAT3）则是卡的专用线，即每张卡都独立拥有这些信号线。请注意，MMC 卡只能使用 1 条数据线 DAT0。
1.1.2  SPI 模式
在 SPI 模式下，主机使用 SPI 总线访问卡，当今大部分微控制器本身都带有硬件 SPI接口，所以使用微控制器的 SPI 接口访问卡是很方便的。微控制器在卡上电后的第 1 个复位命令就可以选择卡进入 SPI 模式或 SD 模式，但在卡上电期间，它们之间的通信模式不能更改为 SD 模式。卡的 SPI 接口与大多数微控制器的 SPI 接口兼容。卡的 SPI 总线的信号线如表 1.3 所示。
表 1.3  SD 卡与 MMC 卡的 SPI 接口描述

                                 图1.3

SPI 总线以字节为单位进行数据传输，所有数据令牌都是字节（8 位）的倍数，而且字节通常与 CS 信号对齐。SD 卡存储卡系统如图 1.4 所示。

                               图1.4
当主机外部连接有多张 SD 卡或 MMC 卡时，主机利用 CS 信号线对卡进行寻址。例如：在图 1.4 中，当主机需要向 SD 存储卡 A 传输数据或需要从该卡接收数据时，必须将 CS(A)置为低电平（同时其它卡的 CS 信号线必须置为高电平）。CS 信号在 SPI 处理（命令、响应和数据）期间必须续持有效（低电平）。唯一例外的
情况是在对卡编程的过程。在这个过程中，主机可以使 CS     信号为高电平，但不影响卡的编程。
由图 1.4 可见，当 SPI 总线上挂接 N 张卡时，需要 N 条 CS 片选线。