SD卡的SDIO模式/SPI模式设计扫盲
SD
SD卡（secure digital card）是SD卡协会开发的低成本，非易失性存储卡格式（相比较于RAM，SD卡掉电数据不丢失）；
随着本世纪电子技术的高速发展，对于这种中等型号，节能、节省空间的存储器设备的需求一直在快速增长；
SD卡具有SDHC的速度等级，范围为2级（以2 MB / s的速度运行），4级（以4MB / s的速度运行），6级（以最高6 MB / s的速度运行）和10级（以最高的速度运行） 10 MB /秒 SDXC卡以“超高速”类运行，并以最高30 Mb/s的速度运行。还有视频速度等级，数据传输速率高达90MB/s。
SD卡还具有不同的尺寸或形状因子，包括standard SD卡, mini SD卡 and micro SD卡；
SD卡可以是通常具有高达4 GB的存储容量的标准SD卡，也可以是高达64 GB的高容量卡（SDHC）以及达到TB级的扩展容量（SDXC）。
接口
SD卡可以在SD总线模式或SPI总线模式下运行，通常可以使用SDIO总线或者SPI对SD进行驱动；
下面主要以micro SD为例，就SDIO模式和SPI模式做简单做一下介绍；
microSD引脚输出，SD模式
| 引脚 | 引脚名称 | 信号功能 |
|---|---|---|
| 1 | DAT2 | 数据位2 |
| 2 | CD / DAT3 | 卡检测/数据位3 |
| 3 | CMD | 命令行 |
| 4 | Vdd | 电源电压2.7v / 3.6v |
| 5 | Clk | 时钟 |
| 6 | VS | 地 |
| 7 | DAT0 | 数据位0 |
| 8 | DAT1 | 数据位1 |
microSD引脚输出，SPI模式
| 引脚 | 引脚名称 | 信号功能 |
|---|---|---|
| 1 | NC | 没有连接 |
| 2 | /CS | 片选 |
| 3 | DI | 主输出/从属（MOSI） |
| 4 | Vdd | 电源电压2.7v / 3.6v |
| 5 | Clk | 时钟 |
| 6 | Vss | 地 |
| 7 | DO | 主进/从出（MISO） |
| 8 | RSV | 已预留 |
micro SD的引脚发布如下图所示；
协议
SD协议中，由于命令数据线和数据线是分开的，因此我们需要关注，命令的传输格式，以及数据的传输格式；
命令传输
命令以48位数据包的形式通过双向CMD引脚进行传输。
这些命令包包括命令索引，变量和CRC位。该命令始终通过主机发送，最终由SD卡接收。
回传的响应数据包也为48位。
整体命令如下图所示；
48位的命令格式
每个命令的恒定长度为6个字节。
第一个字节是命令编号和数字64的 加法。
例如：
对于CMD0：命令编号0 + 64 = 64 = 0x40（十六进制）。
对于CMD1：十六进制命令号1 + 64 = 65 = 0x41。
随后是一组四个字节，称为参数。
这些参数通常包含数据的地址或块的长度。
最后一个字节是CRC（循环冗余校验）字节。如果未启用CRC功能，则大多数SPI模式下的命令都不需要校验字节。对于某些命令，例如CMD0，CRC为0x95，在大多数情况下，发送的是0xFF。
启用CRC要求您从微控制器发送正确的校验字节。因此，请确保启用或禁用了CRC功能。
发送命令的格式如下所示；
R1响应0x01表示在响应之前发送的命令已导致卡进入空闲状态。
响应字节0x00表示命令已被接受，卡将等待建议的事件发生。如果设置了R1响应中的任何其他位，则是错误的结果，并且将降低到图中每个R1响应位中提到的因数。
不同类型的响应及其含义如下所示；
数据传输
在数据传输期间，传输的基本单位称为块，通常为512字节，并通过所有4个数据引脚进行传输。同样，在每次块传输之后，将发送16位CRC数据。
请注意，SD卡在状态下运行。每个状态都有不同的命令集，主机可以通过控件更改状态。
命令和数据信号通过时钟信号同步。最初，主机使用400KHz时钟与卡进行通信，但最终它会在传输过程中最大提高时钟速度，效率。
原因：初始化之前，主机不知道它是SD卡还是MMC卡。现在，默认情况下，MMC卡在初始化期间默认工作在漏极开路模式（100-400KHz），而SD卡工作在推挽模式（0-25Mhz）。因此，最初，主机使用400KHz来保持与漏极开路和推挽模式的兼容性。
硬件设计
SDIO
这是从SD/MMC外设到SD卡插槽的4 Bit连接的示例。
使用Data[3..0]，CLK和CMD信号。
SD卡插槽暴露在外部环境中。即使未与任何其他设备连接，它也可能会受到人体中积累的静电电荷的影响，而当手指触摸该静电时，静电会释放到屏蔽中。
为了符合EMC规范，必须进行一些常规预防措施，以过滤和避免传导辐射。此外，SD卡规范还规定了上拉电阻和串联阻抗匹配电阻。
幸运的是，当SD在移动设备中如此普遍地传播时，已经有集成方案，它可以一次实现所有这些功能。
CM1624是EMI滤波器和线路终端设备的组合，带有集成的TVS二极管，可用于T-Flash / MicroSD接口。
SPI
下面在SPI模式下使用的SD卡的示例，根据SD Association的规范连接了MISO，MOSI，CLK和CS信号。
我们只需要在时钟线上应用滤波器以在非常恶劣的环境中改善EMC。
在SDIO模式或者SPI模式下，磁道都以高数据速率传输数据和时钟信号。
为了避免信号出现毛刺，必须考虑信号传播时间，以确保所有数据在时钟触发读取或写入的操作之前，接口处稳定。
所有数据信号的路径长度必须在十分之几毫米的长度内匹配，并且时钟长度必须长约1毫米。
为避免串扰，这些走线必须在其周围和下方保持良好的接地平面，并且还应通过足够数量的通孔连接各层。
总结
本文简单介绍了SD卡的分类以及常见属性，另外还简单介绍了SD卡的协议，在硬件设计上给出了SPI总线和SDIO总线的示例电路，篇幅有限，软件部分暂时没有进行展开介绍；
由于作者能力和水平有限，文中难免存在错误和纰漏，请不吝赐教。