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SD NAND SDIO读写时序详解

SD NAND-贴片式TF卡-贴片式SD卡-免费测试2025-05-2011

以下是SD NAND在 SDIO模式 下的读写时序详解。与SPI模式不同,SDIO模式基于SD协议原生接口,支持更高的传输速率(4位或8位数据总线)和更复杂的命令交互。

一、SDIO模式基础

1. 信号线

  • CLK(时钟):主机提供时钟,频率可动态调整(初始化阶段通常较低,如400kHz,初始化后可升至50MHz+)。

  • CMD(命令线):双向传输,用于发送命令和接收响应。

  • DAT0-DAT3(数据线):4位数据总线(支持1位或4位模式),传输数据块。

  • VDD/VSS:电源与地线。

2. 总线拓扑

  • 主机与SD NAND直接连接,支持多设备共享总线(通过设备地址区分,但SD NAND通常为单设备)。

3. 时钟极性

  • 数据在时钟上升沿采样(SD协议默认)。

二、SDIO初始化流程

SD卡在SDIO模式下需完成以下初始化步骤:

1. 上电与电压检测

  • 上电后,主机保持 CMDDAT 线为高电平,并发送时钟(CLK)至少 74个周期

  • CMD0(GO_IDLE_STATE)
    发送 CMD0 (0x00000000),强制卡进入空闲状态(响应类型 R1,期望值 0x01)。

2. 检查电压兼容性(CMD8)

  • 发送 CMD8 (0x000001AA),参数包含支持的电压范围(如2.7-3.6V)。

    • 有效响应为 R7,包含电压信息(若卡不支持CMD8,可能为旧版本卡)。

3. 初始化循环(ACMD41 + CMD55)

  • CMD55(APP_CMD)
    通知卡后续命令为应用特定命令(ACMD)。

  • ACMD41(SD_SEND_OP_COND)
    发送 ACMD41 (0x40FF8000),参数中的 HCS 位(第30位)设置为1以支持高容量卡(SDHC/SDXC)。

    • 持续发送 CMD55 + ACMD41 直到响应 R1=0x00(初始化完成)。

4. 获取卡信息(CMD2、CMD3、CMD9)

  • CMD2(ALL_SEND_CID):获取卡唯一CID寄存器(响应类型 R2)。

  • CMD3(SEND_RELATIVE_ADDR):获取卡相对地址 RCA(响应类型 R6)。

  • CMD9(SEND_CSD):获取卡CSD寄存器(容量、时序参数等)。

5. 切换至数据传输模式(CMD7)

  • 发送 CMD7 [RCA],选中卡并进入传输状态(响应 R1b,可能伴随忙状态)。


三、读取数据块(CMD17)时序

1. 发送读命令(CMD17)

  • 命令格式:
    CMD17 [LBA地址](32位地址,SDHC/SDXC需直接使用块地址)。

    • 期望响应 R1=0x00(无错误)。

2. 接收数据块

  • 数据包格式:

    • 起始令牌0xFE(单块读)或 0xFC(多块读)。

    • 数据块:512字节(默认)或 CSD中定义的大小。

    • CRC16:2字节校验(可配置是否校验)。

3. 时序示例

Host: CMD17 -> [Command] [LBA] [CRC7]
Card: R1(0x00) -> [Start Token 0xFE] [512B Data] [CRC16]

四、写入数据块(CMD24)时序

1. 发送写命令(CMD24)

  • 命令格式:
    CMD24 [LBA地址],响应 R1=0x00

2. 发送数据块

  • 数据包格式:

    • 起始令牌0xFE(单块写)或 0xFC(多块写)。

    • 数据块:512字节。

    • CRC16:2字节校验。

3. 接收写响应

  • Data Response Token

    • 格式为 0bXXX0_0101(第1-3位为状态,0x05 表示数据被接受)。

4. 等待写入完成

  • 卡通过 DAT0 线拉低表示忙状态,主机需等待直到 DAT0 恢复高电平。

5. 时序示例

Host: CMD24 -> [Command] [LBA] [CRC7]
Card: R1(0x00)
Host: [Start Token 0xFE] [512B Data] [CRC16]
Card: Data Response Token (0x05)

五、关键时序参数

  1. 命令超时

    • 命令响应超时通常为 64个CLK周期

  2. 数据超时

    • 读操作等待起始令牌超时:100ms

    • 写操作忙状态超时:250ms

  3. 时钟频率

    • 初始化阶段:≤400kHz;初始化后可达 25MHz-50MHz(根据卡支持能力)。

六、注意事项

  1. 总线宽度切换

    • 默认1位模式,可通过 CMD55 + ACMD6 切换至4位模式(设置 DAT_BUS_WIDTH 位)。

  2. 高容量卡(SDHC/SDXC)

    • 地址单位为块(LBA),而非字节。

  3. 多块操作

    • 读多块使用 CMD18,写多块使用 CMD25,需用 CMD12 终止传输。

  4. 错误处理

    • 若收到错误响应(如 R1=0x04),需检查地址范围、CRC或重新初始化。

七、SDIO与SPI模式对比

特性SDIO模式SPI模式
数据总线宽度1/4/8位1位(MOSI/MISO)
时钟速率更高(可达50MHz+)较低(通常≤25MHz)
协议复杂度复杂(需处理多线同步)简单(单线输入/输出)
应用场景高性能嵌入式系统资源受限的低速设备

通过上述流程和参数配置,可实现SD NAND在SDIO模式下的高速读写操作。建议结合具体芯片手册和SD物理层规范(如《SD Specifications, Physical Layer Simplified Specification》)验证细节。

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