SD卡（Secure Digital Card）：基于FLASH存储单元的卡，它是专为安全性高、容量大、高性能目的设计的。
SD框图如图1-1所示：
图 1-1
SD卡不但有大容量存储单元，还集成有智能控制器来实现接口协议管理、安全性能、版权保
护盒ECC校验等。
特点：
高达2GB容量、SD卡协议兼容、SPI模式控制、版权保护、密码保护
SD卡通讯方式：
SD    6线通讯（clk、cmd、D0—3）    数据出错保护传送        单块、多块数据传送
SPI    3线串行总线（clk、DI、DO）    可选的非数据保护传送    单块、多块数据传送
读写次数性能：
SD卡数据读次数：不受限（无限次）    每扇区写：100,000次   
SD Mode:
SD模式下多卡的识别：SD卡模式是单主机多从机模式，clk和power线共用；识别过程如下：主机分别使能各个卡自己的cmd线，各个卡的CID寄存器是事先编程好的，它是一个用
在卡识别过程中唯一数字，主机能使用READ_CID命令读取CID寄存器的值，主机只能读而不能写。
内部上拉的DAT3脚可以用来进行卡插入的侦测，在数据传输过程中可以将上拉电阻断开（使用ACMD42）。
Card Status：存储在一个32bit的寄存器中，它被当做命令应答的数据区来发送，它包含卡当前的状态及上一个命令的完成代码，可以通过SEND_STATUS命令读取。
SD_Status：存储在512bit的寄存器中，当发送命令SD_STATUS（ACMD13）时它被当做一块数据块来发送。
存储空间阵列分区如图1-2所示：
数据传输的基本单元式byte
面向块的命令：input命令
Block：块大小就是发送块传输命令时传输的数据字节数，大小可变也可以固定，块的大小
及编程存储在CSD寄存器中。
图 1-2
一次擦除单元的粒度一般与面向块命令不同
Sector：这是和擦除命令有关的单元，每个设备扇区的大小事固定的，扇区的大小信息存储在CSD寄存器中。
具有写保护的卡：
WP Group：拥有独立写保护的最小单元，Its size is the number of groups which will be write protected by one bit，每张卡WP Group的大小也是固定的，大小信息存在CSD中。
数据传输速率：SD卡可以单数据线(DAT0)或4数据线（DAT0-3）进行数据传输，单线最大速率为25Mbps，4线最大为100Mbps。
擦除：最小擦除单元是卡的一个扇区，为了提高效率，也可以多块扇区一起擦除，首先发送一条带有起始扇区地址的命令，接着发送一条带有结束扇区地址的命令，它们之间的扇区将全部被擦除。
写保护：有两个保护级别可供选择，永久的和暂时的，可以通过PROGRAM_CSD命令设置，永久写保护位一旦设置就无法清除，这项特性应用在SD卡控制器固件。
SPI Mode:
卡识别过程：主机必须知道连接在总线上的卡的个数，主机通过选定CS（CD/DAT3）线来选定卡，内部带上拉电阻的DAT3线可以用来做卡插入侦测。
Card Status：在SPI模式下只有16bit可以从32bit的SD Card status寄存器中读出，与SD模式下一样可以用ACMD13读出SD_STATUS。
存储空间阵列分区：与SD模式下一致。
读写操作：在SPI模式下可以支持多块和单块数据传输。
数据传输率：SPI模式下只有单根数据线，25Mbps。
擦除、写保护与SD模式一致。
图2-1 SD卡外形尺寸
图2-2 SD引脚尺寸
图2-3 SD模式下管脚分配图
NOTE：1) S=电源，I=input，O=output 使用上拉驱动
2)上电后DAT1-3为input，发送SET_BUS_WIDTH命令后DAT1-3才作为数据线，应连接外部
上拉电阻，尽管有可能只用DAT0.
3)上电后，内部有50Kohm的电阻上拉（可以用作卡插入侦测），上拉可通过SET_CLR_CARD_DETECT（ACMD42）命令断开。
图2-4 SPI模式下管脚分配
NOTE：1)S=电源，I=input，O=output
      2)RSV为浮动输入，需外接上拉电阻。
图2-5 SD卡的寄存器
SD卡有自己的上电检测电路，以此来使上电后卡进入idle状态，也可以用GO_IDLE（CMD0）命令来复位SD卡。
图2-6 SD卡结构图
SD模式：
CMD：  双向信号线
DAT0-3：双向信号线
CLK：  主机到卡的线
VDD：  卡的电源线
VSS[1:2]:地线
SPI模式：
CS:        主机到卡的线
CLK：    主机到卡时钟线
DI：    主机到卡数据线
DO：    卡到主机数据线
SPI模式和SD模式一样是字节传输，数据传输都是8bit的整数倍并且和CS对齐，SPI传输过程中CS必须有效，除卡编程（card programming）的时候，SPI模式中使用的是SD模式协议和命令的子集。
上电
SD模式上电：
图2-7 SD模式下上电过程
上电后SD卡进入idle状态，该状态下SD卡不管任何传输直到接收到ACMD41命令，ACMD41命令判断操作电压范围以及查询SD卡直到SD卡退出上电流程。除此之外，ACMD41的应答还包括了忙标志位，表明SD卡是否就绪，单卡上电流程时间不能大于1s。
上电完成后，主机发送时钟并且通过CMD线发送初始化系列操作，这个系列就是连续的‘1’电平，系列的长度为最大值1ms，74个时钟周期或者电源上升时间。所有的主机都必须能完成ACMD41和CMD1，CMD1是用于查询MMC卡的操作状态的，在任何状态下，ACMD41或者CMD1必须通过CMD线分别发送到每一张卡上。
总线电路
图2-8 总线电路
信号线负载要求如表2-1所示：
表2-1 信号线负载要求
其中CL=Chost+Cbus+N*Ccard  Chost：主机电容  Cbus：总线电容  Ccard：卡电容
输入输出0/1电平范围：
表2-2 输入输出0/1电压范围
SD模式下SD卡寄存器：
OCR（Operating Conditions Register）：
32bit，存储SD卡的操作电压等级，在2.0-3.6V的电压范围内SD卡能够进行电压识别过程。然而访问在存储区的数据却需要在2.7-3.6v的电压范围内，OCR寄存器给出了能进行数据访问操作的电压范围，表2-3给出了寄存器的内容：
表2-3 OCR寄存器内容
图2-9 OCR寄存器结构
如果busy位置位，表明SD已经完成了上电流程。
CID（Card Identification Register）：
CID为16byte的寄存器，包含了唯一的卡号，卡号是在制造时写入的并且不可被更改，SD与MMC有不同的CID寄存器。
CSD(Card Specific Data)寄存器：
CSD包含卡的配置信息
SCR（SD CARD ConfigurationRegister）结存器：
它和CSD寄存器一样是SD卡的配置寄存器，它提供了SD卡的特性，64bit，该寄存器在制造时就被设置好了。
RCA寄存器：
16bit的与卡地址相关的寄存器，它是卡识别完成后主机和卡的通讯地址。
SPI模式下所有的寄存器都是可访问的，它们的格式也和SD模式下的格式相同，但一些区域SPI模式下不允许访问。
3、SD卡协议
SD总线协议
SD总线的通讯是基于命令和数据流的，使用一个起始位开始，一个停止位结束。
命令：命令是一个操作的起始令牌，一个命令或者发送给一个卡（addressed command）或者发送给全部卡（broadcast command），命令通过CMD线串行传输。
应答：应答是一张卡或全部连接的卡的数据起始令牌，它作为先前命令的应答，它同样是通过CMD线串行传输的。
数据：数据则是双向的，数据传输通过数据线。
SD模式命令、应答和数据传送（没有应答和没有数据传输）
卡地址是在初始化阶段分配的，SD卡总线就是基于命令应答的传输。
命令编码格式：
应答编码格式：
应答根据内容不同一共有4种格式，长度为48bit或者136bit。
在CMD线上，MSB先发然后才是LSB。
当使用4个数据线时，数据一次传送4bit，起始位、停止位和CRC校验位分别发送，各个数据线的CRC计算和校验分别独自进行。ＣＲＣ状态应答寄忙标志只在ＤＡＴ０上传送，在这期间ＤＡＴ１－３上的数据不必关心。
１线和４线传送格式
协议的功能说明：
主机发送以下两种命令：
Broadcast Command：针对所有卡的命令，有写命令需要应答。
Addressed（Point-to-Point）Command：发送到特定一张卡的命令，需要应答。
两种操作模式：
卡识别模式：复位后主机会进入该模式下，在该模式中主机会在总线上查卡，SD卡将一直在这个模式下直到接收到SEND_RCA（CMD3）命令。当卡处于该模式下，主机复位所有的卡，检测操作电压、识别SD卡和发布它们的RCA这些操作时各个卡在自己的CMD线上分别进行的，在该模式下所有的数据都是通过CMD传送的。
数据传送模式：SD卡一旦发布RCA就会进入数据传送模式，所有的卡都被识别了后主机将进入数据传送模式。
状态转换图
复位：
软件复位命令为GO_IDLE_STATE（CMD0），除了Inactive状态外的其他状态收到该命令后都将进入IDLE状态，上电后所有的卡都将进入IDLE状态，包括处于Inactive状态的卡，在开始总线使用之前必须发发送至少74个时钟。上电后或收到CMD0后，SD卡的CMD线处于输入模式，等待下一个命令的起始位，SD卡的RCA将被初始化为一个默认值（RCA=0x0000），并且配置为一个默认驱动级配置（低速、高驱动电流能力）。
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SPI协议定义：
SPI模式下所有的命令和数据都是基于8bit和字节与CS对齐的基础上。SPI信息也是由命令、应答和数据块令牌建立起来的所有的通讯都有主机控制发生，通过使CS有效（低电平）来开始总线传输。SPI模式的应答与SD模式的应答在以下三个方面不同：
被选中的卡总是应答命令
使用8bit或者16bit的应答格式

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