SD 2.0 协议标准完整版
【翻译：沙贝@中科创达 2014.11】
1、总½描述
Sd 存储卡，是为了满足安全、容量、性½、和环境需求的新型音视频电子存储卡。
Sd 卡包含一个内容保护机制，符合 SDMI 标准，并且有更快的速度和更高的容量。
Sd 卡的安全系统采用双向认证和“新密码算法”来防止卡的内容被非法½用。也可以
对用户自己的数据进行非安全访问。
SD 卡也支持基于常用标准的第二安全系统，
比如 ISO-7816，
这样就可以用于将 SD 卡连
接到共用½络和其他系统，来支持移动电子商务和数字签名的应用。
除了 SD 卡外，还有 SDIO 卡。SDIO 卡规范在一个单独的规范中定义，½名为“SDIO 卡
规范” 可以从 SD 协会得到）
（
。SDIO 规范定义了一个 SD 卡可½包含不同的 IO 单元同 SD host
之间的接口。SDIO 卡可以包含存储功½，以及 IO 功½。SDIO 卡的存储部分应该完全兼容
SD 卡规范。SDIO 卡基于并兼容 SD 卡。这种兼容包括机械、电气、电源、信号和½件。Sdio
卡的意图是为移动电子设备在½功耗情况下提供高速数据读写。一个主要目标是一个 IO 卡
插到非 SDIO 主机中，不会引起物理损坏或者设备和½件的中断。
这种情况下 IO 卡应该被简
单的½略掉。一旦插入一个 SDIO 主控，卡的检测将以常规的方法描述，即带有 SDIO 规范扩
展的 SD 卡规范
SD 卡通信是基于 9-pin 接口(时钟，½令，数据 x4，电源 x3)，设计在最大 50M 频率以
及½电下工½。通信协议是本规范的一部分。SD 规范分为几个文件：
SD
规范安全规格
SD
specifications
Security Spec
音频规范(Audio)
文件系统规范
Sd
规范物理层规范
Mc-EX
接口规范
SDIO
卡规范
其他应用文档
● 音频规范
这个规范，以及其他应用规范，描述了一个特殊应用的规范(本文档是音频应用)，以及
实½需求
● 文件系统规范
这个规范描述了存储在 sd 卡上的数据的文件格式化结构的规范(保护和非保护区域)
● 安全规范
这个规范描述了内容保护机制和支持的特殊应用½令
● 物理层规范(本文档)
这个规范描述了 sd 卡½用的物理接口和½令协议。这个文档的目的是定义 sd 卡以及它
的环境和处理。这篇文档被分为了几个部分：
第 3 章是关于系统概念的概述
第 4 章描述了常见 SD 卡特点。这种描述定义了卡的整½性½，我们建议看产品文档
第 5 章描述了 sd 卡寄存器
第 6 章定义了 sd 卡的硬件接口的电气参数
第 8 章描述了 sd 卡的物理和机械性½，以及卡½或者盒子的最小建议。
这个文档中，
“shall”和“will”表示一个标准的强制性规定。
“should”表示一个条
款，
建议½不强制。
“may”
是指一个特征(feature)，
可½存在或不存在(看½用者选择)，
它的存在并不½响依存性
● Mc-EX 接口规范
SD 卡规范的 A1 部分½为 SD 卡物理层规范的扩展，
提供了所有传输移动商务扩展(MC-EX)
½令包所需要的定义。
（从 Mc-EX host 到 Mc-EX ½½ SD 卡，或者反向传输）
2、系统特征
● 针对便携式和固定式应用
● 存储容量：
标准容量 SD 卡：最高达到 2GB
高容量 SD 卡：大于 2GB(本版本规格最高 32GB)
● 电压范围：
高电压 SD 卡-工½电压范围：2.7 -3.6V
双电压 SD 卡-工½电压范围：½电范围(T.B.D) 和 2.7-3.6V
● 专为只读和读/写卡
● 默认模式：可变时钟频率 0-50MHz，最高 25MB/s 的接口速度(½用 4 条并行数据线)
● 切换功½½令支持高速，电子商务和未来的功½
● 存储区域错误改正
● 读取操½过程卡被移除，不会损坏内容
● 内容保护机制-符合 SDMI 标准的最高安全标准
● 卡密码保护(CMD42-LOCK_UNLOCK)
● 机械开关的写保护功½
● 内½写保护功½(临时和永久)
● 卡检测(插入/拔出)
● 应用特殊½令
● ½松擦写机制
● 通信信道的协议属性
SD 卡通信信道
6 线通信信道(时钟，½令，数据 x4)
错误保护数据传输
单块或多块的定向数据传输
● SD 卡½状
标准尺寸的 SD 卡：见本规格的第 6、8 章
Mini SD 卡：见“miniSD Memory Card Specification”
Micro SD 卡：见“microSD Memory Card Specification”
● SD 卡标准尺寸 2.1mm 和 1.4mm
本规范的所有特征½是基于标准尺寸的 SD 卡
3、SD 卡系统概念
SD 卡提供给应用设计者一个½成本的存储设备（支持高安全级别的内容保护的可插拔
卡）
，以及一个简洁，易实现的接口。
SD 卡可以分为几个等级(class)，他们提供的功½不同(功过 D 卡系统½令的子集提供)
一个 SD 卡系统包含 SD 卡，总线，以及主机/应用。不过主机及应用的说明不在本文档
中。接下来的各节提供了卡的概述，总线拓扑，SD 卡系统的通信协议。内容保护系统描述
在文档“SD Memory Card Security Specification”中。
3.1 读写属性
以读写属性来说，有两种 SD 卡：
● 读写卡(闪存，一次可编程-OTP，多次可编程-MTP)
这些卡一般是空½媒½卡卖出，用于存储含量数据，终端用户视频，音频或者数字图像
● 只读卡(ROM)
这些卡是用固定内容制½的卡。他们通常用½件，音频视频的分发媒½。
3.2 支持电压
以电压来说，有两种 SD 卡：
● 高电压 SD 卡，可以工½在 2.7-3.6V
● 双电压 SD 卡，可以工½在½电范围(T.B.D)以及 2.7-3.6V
3.3 卡容量
以容量来说，有两种 SD 卡：
● 标准容量 SD 卡，支持最大 2GB 的容量。所有的物理规格文档½会定义这种
● 高容量 SD 卡，支持超过 2GB 的容量。本文档解释的规格最大为 32GB 容量。只有 Host
支持 2.0 协议才½够识别这种高容量 SD 卡。
注释:
1
“Part 1 物理层规格 V2.0”以及 “Part2 文件系统规格 V2.0”允许标准容量 SD 卡最
大 2GB，高容量 SD 卡最大 32GB。大于 32GB 的容量将在未来的版本中说明。
2
Host 如果可以读写 2GB 到 32GB 的 SD 卡，那么它应该也可以读取 2GB 或更小的卡。如
果 Host 只支持标准容量 SD 卡，则不½识别超过 2GB 的卡。即向下兼容。
● 高容量的 SD 卡有两种类型。类型 A(单状态卡)有一个单独的高容量存储区域。细节参考
“Physical Layer Specification version2 2.00”
。类型 B(多状态卡)有一个高容量存
储区和标准容量存储区。在 B 类卡中，每次只½有一个存储区域½够½用。可以通过电
气开关来切换哪个区域被½用。
详细信息见未来的文档。
主机端不一定要区别两种类型。
3.4 速度等级
我们定义了 4 个速度等级，来表示卡的最小速率：(实际上目前最高 Class10)
● Class 0 – 这种卡不定义具½性½，代表了这个规范出来之前的所有卡
● Class 2 – 最小 2MB/s 的性½
● Class 4 – 最小 4MB/s 的性½
● Class 6 – 最小 6MB/s 的性½
● Class 8 – 最小 8MB/s 的性½
● Class 10 – 最小 10MB/s 的性½
高容量 SD 卡应该支持速度等级规格，并且最小要到 Class2。
注意：性½单½表示的是 1000x1000[字节/秒]，而数据大小的 MB 单元指的是 1024x1024 字
节。这是因为最大 SD 总线速度是由最大 SD 时钟频率决定的，而数据大小是基于存储范围。
3.5 总线拓扑
SD 卡系统定义了两种通信协议：SD 和 SPI
主机系统可以选择任意一种。½收到 reset ½令的时候，SD 卡通过主机的信息来决定
½用½种模式，并且之后的通讯½会½用相同的模式。不推荐多卡½用共同的总线信号。
一
个单独的 SD 总线应该连接一个单独的 SD 卡。在主机支持高速模式的情况下，单独的 SD 总
线应该连接单独的 SD 卡。
3.5.1 SD 总线
图 3-2 SD 卡总线拓扑
SD 总线包含下面的信号：
CLK：
时钟信号
CMD：
双向½令/响应信号
DAT0-DAT3：
双向数据信号
Vdd，Vss1，Vss2： 电源和地信号
SD 卡总线有一个主(应用),多个从(卡)，同步的星型拓扑结构(图 3-2)。时钟，电源和
地信号是所有卡½有的。½令(CMD)和数据(DAT0-3)信号是根据每张卡的，提供连续地点对
点连接到所有卡。
在初始化时，
处理½令会单独发送到每个卡，
允许应用程序检测卡以及分配逻辑地址给
物理卡½。数据总是单独发送(接收)到(从)每张卡。½是，为了简化卡的堆栈操½，在初始
化过程结束后，所有的½令½是同时发送到所有卡。地址信息包含在½令包中。
SD 总线允许数据线的动态配½。上电后，SD 卡默认只½用 DAT0 来传输数据。初始化之
后，
主机可以改变总线½度(½用的数据线数目)。
这个功½允许硬件成本和系统性½之间的
简单交换。
注意：½ DAT1-DAT3 没有½用的时候，相关的主机 DAT 先应该被设½为输入模式。SDIO
卡 DAT1 和 DAT2 用于信令。
3.5.2 SPI 总线
SD 卡的 SPI 兼容通信模式是用来同 SPI 信道通信，主要是用在市场是哪个的各种微处
理器。模式选择是在上电后的第一次 reset ½令期间，并且只要不断电就不½改变。SPI 标
准只是定义了物理连接，没有完成数据传输协议。SD 卡的 SPI 实现½用了 SD 模式相同的½
令。从应用的角度来说，SPI 模式的优点是½用现成主机的½力，从而减小设计压力。相对
于½½½总线选项的 SD 卡来说，缺点是性½的损失。SD 卡 SPI 接口同市场上现有的 SPI 主
机兼容。同其他 SPI 设备一样，SD 卡的 SPI 信道有以下 4 个信号：
CS：
主机到卡的片选(chip select)信号
CLK：
主机到卡的时钟信号
DataIn：
主机到卡的数据信号
DataOut： 卡到主机的数据信号
另一个 SPI 的通用特点是字节传输，这也是卡的实现。所有的数据½是字节(8 bit)的
整数倍,并且直接总是对½ CS 信号。
表格 3-3 SD 卡系统(SPI 模式)总线拓扑
卡片的识别和寻址方法由一个硬件片选信号代替。没有广播½令。每一个½令，½会有
一个从卡通过拉½片选信号来被选择(表格 3-3)。
在 SPI 活动(½令，响应，数据)期间片选信号应该是连续被拉½的。唯一的例外是在卡
编程期间，此时主机½在不½响编程过程的情况下断定 CS 信号。
SPI 接口½用 SD 总线的 9 线里面的 7 根(DAT1 和 DAT2 不用，DAT3 ½为 CS 信号)
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