SD卡原理及内部结构.docx
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SD卡原理及内部结构
摘要
SD卡（SecureDigitalMemoryCard）是一种为满足安全性、容量、性能和使用环境等各方面的需求而设计的一种新型存储器件，它的出现提供了一种便宜的、结实的卡片式的存储媒介。
SD卡允许在两种模式下工作，即SD模式和SPI模式，
SD卡在24mm×32mm×2.1mm的体积内结合了〔SanDisk〕快闪记忆卡控制与MLC（MultilevelCell）技术和Toshiba（东芝）0.16u及0.13u的NAND技术，通过9针的接口界面与专门的驱动器相连接，不需要额外的电源来保持其上记忆的信息。
而且它是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动
ＳＤ卡的容量从１６兆字节到最高３２ＧＢ不等。
容量范围如此之宽，可为众多应用提供充足的外部存储空间。
ＳＤ卡做为各种消费电子产品外部存储的应用、开发技术己经非常成熟、广泛。
关键字SD卡存储器
一SD卡发展历程
SD卡的技术是基于MultiMedia卡（MMC）格式上发展而来，大小和MMC卡差不多，尺寸为32mmx24mmx2.1mm。
长宽和MMC卡一样，只是比MMC卡厚了0.7mm，以容纳更大容量的存贮单元。
SD卡与MMC卡保持着向上兼容，也就是说，MMC卡可以被新的SD设备存取，兼容性则取决于应用软件，但SD卡却不可以被MMC设备存取。
（SD卡外型采用了与MMC卡厚度一样的导轨式设计，以使SD设备可以适合MMC卡）。
SD卡接口除了保留MMC卡的7针外，还在两边加多了2针，作为数据线。
采用了NAND型FlashMemory，基本上和SmartMedia的一样，平均数据传输率能达到2MB/s。
设有SD卡插槽的设备能够使用较簿身的MMC卡，但是标准的SD卡却不能插入到MMC卡插槽。
SD卡能够插于CF卡和PCMCIA卡上，插上转接器使用；而miniSD卡和microSD卡亦能插上转接器于SD卡插槽使用。
一些USB连接器能够插上SD卡，而且一些读卡器亦能够插上SD卡，并由许多连接埠，例如USB、FireWire等存取使用。
SD卡的结构能保证数字文件传送的安全性，也很容易重新格式化，所以有着广泛的应用领域，音乐、电影、新闻等多媒体文件都可以方便地保存到SD卡中。
因此不少数码相机也开始支持SD卡。
SD卡是东芝在MMC卡技术中加入加密技术硬件而成，由于MMC卡可能会较易让使用者复制数码音乐，东芝便加入这些技术希望令音乐业界安心。
类似的技术包括索尼的MagicGate，理论上加密技术可引入一些数码版权管理措施，但这功能甚少被应用。
二SD卡的结构组成
2.1SD卡内部结构及引脚如下图所示：
SD卡内部图.JPG
2.2、SD卡管脚图：
SD卡图.JPG
SD卡主要引脚和功能为：
CLK：
时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率可在0～25MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生0～25MHz的频率；
CMD：
双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单卡或所有卡；
DAT0～3：
数据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。
SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。
可根据命令对多块或单块进行读写操作。
在SPI模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。
SD卡命令的格式如表1所示，其中相关参数可以查阅SD卡规范。
2.3、MicroSD卡管脚图：
MicroSD卡管脚图.JPG
SD卡与MicroSD卡仅仅是封装上的不同，MicroSD卡更小，大小上和一个SIM卡差不多，但是协议与SD卡相同。
2.4Sd卡的操作模式
2.5Sd卡的操作时序
把引脚去掉
2.6Sd卡的寄存器
2.7初始化SD卡工作流程
三关于SD卡的几点注意事项。
1、无论我们愿意不愿意，SD卡每次读写数据的最小单位是1个扇区，即512个字节。
2、SD卡与单片机连接的SPI总线不能太长，要尽量短。
这样的好处是速度可以更快，也不容易出错。
3、虽然我们并不关心FAT文件表，但是我们仍然要关心SD卡的存储结构，如果我们不想使用PC机来读取保存在SD卡上的数据那我们就不用关心SD存储结构了。
但，作为一个大容量的可移动存储设备，不能用PC机来读取是个很大的遗憾，我解决这个遗憾的方法如下：
3-1、因为我不了解FAT复杂的结构，所以我做的程序没法去按照FAT表的各项功能来进行创建文件、删除文件、创建目录等等操作。
3-2、虽然我们的单片机不能创建文件，但是PC机是可以创建文件的啊！
所以我使用PC机将SD卡格式化，之后在SD卡上创建一个大文件，比如我的128M的SD卡上我建立了一个100M的文件。
这里需要注意一下，一般使用windows创建文件的功能时是没有办法指定创建文件的大小的，空文件就是0个字节的长度，而我们是需要一个固定长度的文件的，所以我用VC编写了一个小软件，这个软件可以为我创建一个100M长度的空文件，记住，这点很重要：
一个固定长度的空文件
3-3、虽然我们建立了个文件在SD卡上，可是我们因为不去了解FAT表，所以我们一样不知道这个文件到底位于SD卡的什么地方，不要以为它会在0字节的地方开始，为了找到这个文件的开始位置，我们可以在建立的那个空文件的开头写上几个字符，比如我程序里面写的“DATASTART”，接下来我们要做的就是一个扇区一个扇区的去找这个几个特殊的字符，这是个笨方法，但却是最简单直观的方法。
这个方法有两个缺点：
a、如果文件建立在整个SD卡的后面，那找到这个文件需要漫长的等待。
b、如果碰巧某个文件里面也有我们定义的那个特殊字符串的话，那就乱套了！
不过好在我们使用的SD卡一般都是专用的，并不能拿去做其他应用，比如从公司copy点文件回家之类的，那就能保证这个SD卡上文件的简单性，即只有我们需要的那个文件，其他文件并不存在，而且这个文件肯定会从SD卡开始的那些扇区中的某一个开始。
这样说来的话找到这个字符串也不是那么慢嘛！
^_^。
不过这里要建议一下，在使用SD卡之前最好用windows将它完全格式话一下。
3-4、一旦我们找到了我们要写入文件的起始位置（它一般表示为一个扇区号），那我们就可以在这个起始扇区的下一个扇区写入数据了。
四SD卡的用途
SD卡多用于MP3随身听、数码摄像机、数码相机等，也有用于笔记本电脑上。
其投影面积与MMC卡相同，只是略微厚一点，为2.1mm，但是SD卡的容量大得多，且读写速度也MMC卡快4倍。
同时，SD卡的接口与MMC卡是兼容的，支持SD卡的接口大多支持MMC卡。
目前SD卡在数码相机中正在迅速普及，大有成为主流之势。
SD卡在今年的发展很快，已经开始威胁到CF卡的市场份额了。
这是由于SD卡的体积要比CF卡小很多，并且SD卡在容量、性能和价格上和CF卡的差距越来越小，而这两年支持SD卡的手机迅速在市场走热，因此，SD卡的迅速成长绝对不是偶然的。
最重要的一点就是MMC卡也能和SD卡相兼容，这也正是SD卡迅速走红的原因之一。
不过注意的是，在某些产品例如手机上，SD卡和MMC卡是不能兼容的。
现在的SD卡容量由8MB到32GB不等。
五SD卡的辨别
SD卡身材小巧，一般消费者在购买之前不会有太多了解，因此从外观上辨别有些困难，下面为大家介绍一下市场上常见的SanDisk牌SD卡真假的辨别方法：
首先是看存储卡本身，sandisk正品储存卡都在正面贴有激光变彩标签，不同角度都会产生激光色彩变化。
其次是国内代理的行货正品卡，均采用了与上面相类似的塑料封装的包装形式，但是右下的“5年保证”的字样和日文均改为了图形表明的5年质保。
另外，还可以从SD卡底部是否有缺口来进行最简单识别，由于正品SanDisk牌SD卡背面产地上方的编号是唯一的，并可通过800电话查询真伪，但据说这一查询系统目前尚未做好。
六SD卡“保养”小常识
1、如SD卡在相机正常使用后，在电脑上查看所拍照片，需要翻转所查看的照片的时候，请先把照片复制到电脑上再进行操作，若直接在卡里面修改后，再次把卡放在相机里查看相关图片，会出现无法查看该照片的情况，大量的图片被修改后有可能会使SD卡“瘫痪”，要格式化后才能再正常使用。
2、SD卡在相机里面拍摄过程中如出现卡机、死机的情况，可能是该SD卡有故障的情况或寿命已到，请用读卡器把卡里面的内容导出来保存再进行格式化（如果是要坏的卡读取、复制的时候会慢很多），格式化完后有的能正常使用，但建议是别再使用，故障的卡则是要打开该内存卡文件一直提示格式化。
总结与展望
本设计课题在分析ＳＤ卡的原理及内部结构规范的基础上，为测量仪器提供了便捷、可靠、实时、海量的数据存储方式和接口。
通过尝试选择ＳＤ卡作为测量仪器系统的存储介质，在经过翻阅资料、修改设计、编写程序等工作后，终于实现预定目标。
为ＳＤ卡在数据存储和交换领域的应用开辟了广阔的前景。
参考文献
致谢致谢本论文的工作是在我的导师*******的悉心指导下完成的，****严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。
在此衷心感谢****对我的关心和指导。
****悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向**老师表示衷心的谢意。
*****教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。
在实验室工作及撰写论文期间，*****老师对我论文中研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。
另外也感谢同学们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。
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