SD卡命令简介
SD卡命令在网上可以看到很多资料，本文仅为笔记用途。平时使用场景都是基于 SD3.0的版本，虽然现在 Physical Layer Simplified Specification已经发展到 8.0版本，但这里基于 3.01版本进行介绍。具体协议可以查看 Physical Layer Simplified Specification 3.01的 4.7 Commands、4.8 Card State Transition Table、4.9 Responses。
命令类型
| 类型 | 缩写 | 描述 |
|---|---|---|
| Broadcast commands | bc | 没有 response的广播命令 |
| Broadcast commands with response | bcr | 有 response的广播命令 |
| Addressed（point-to-point）commands | ac | 点对点（指定地址）无数据传输 |
| Addressed（point-to-point）data transfer commands | adtc | 点对点数据传输 |
注：在 SPI mode下可以通过 CS管脚去选择具体的卡进行通信。个人理解，SPI mode下 CMD、DAT、CLK线复用，在识别过程和数据传输阶段才使得广播和点对点命令区分有意义。不过我没接触过 SPI mode的 SD卡，不确定是否有该场景存在。在 SD mode，当前大多数 SD控制器都不支持挂载多个 card，SD Card Association也不建议，感觉广播和点对点命令的区分没啥意义。
命令格式
命令长度为 48 bits，结构如下图。软件主要配置 Transmission Bit（读/写），Command Index（命令序号），Argument（命令参数），其余由逻辑处理。与 eMMC的完全一致（mmc的控制器 IP一般都是 eMMC/SD/SDIO复用的，例如 synopsys的 dwc_mshc）。
命令集
SD卡的命令集总共有 12种（class 9只用于 SDIO设备，正常涉及为 11种），每种 class代表一类功能，包含相关命令。具体可以查看协议 Table 4-18。SD卡具体支持的命令集可以通过 CSD寄存器的 bit [95:84]，CCC field来确定。
| 命令分类 | 描述 |
|---|---|
| class 0 | basic，基础命令，如 CMD0、CMD2、CMD3、CMD4、CMD7、CMD8、CMD9、CMD10、CMD11（UHS-I mode支持）、CMD12、CMD13、CMD15 |
| class 1 | reserved，保留 |
| class 2 | block read，设置块长度、读取单块、多块数据、发送 tuning数据块、设置读取块数量，如 CMD16、CMD17、CMD18、CMD19、CMD20、CMD23、 |
| class 3 | reserved，保留 |
| class 4 | block write，设置块长度、设置写入块数量、写取单块、多块数据、写 CSD寄存器，如 CMD16、CMD23、CMD24、CMD25、CMD27 |
| class 5 | erase，设置擦除开始、结束地址、擦除操作，如 CMD32、CMD33、CMD38 |
| class 6 | write protection，设置写保护、清除写保护、获取 card写保护状态，如 CMD28、CMD29、CMD30（该命令集在 SDHC和 SDXC卡都已经不支持） |
| class 7 | lock card，设置需要上/解锁的块长度、card上锁、解锁，如 CMD16、CMD42 |
| class 8 | Application-specific，表示下一个命令是一个特定应用命令，如 CMD55 |
| class 10 | 用于 SDIO设备，CMD52-54 |
| class 10 | Switch Function，功能查询、变更速度模式、驱动能力等，如 CMD6 |
| class 11 | reserved，保留 |
常用命令
| CMD index | type | argument | resp | abbr. | description |
|---|---|---|---|---|---|
| class 0 | |||||
| CMD0 | bc | [31:0] 0000 0000 | none | GO_IDLE_STATE | 重置 card进入 idle状态 |
| CMD2 | bcr | [31:0] stuff bits | R2 | ALL_SEND_CID | card从 CMD线发送其 CID编号给 host |
| CMD3 | ac | [31:16] RCA [15:0] stuff bits | R6 | SET_RELATIVE_ADDR | 为 card分配相对地址 |
| CMD8 | bcr | [31:12] reserved bits(0) [11:8] supply voltage(VHS) [7:0] check pattern | R7 | SEND_IF_COND | 发送 host支持的工作电压给 card，询问 card是否支持相关工作电压。SDSC卡无法正常响应该命令，识别流程中，用于区分 SDSC与 SDHC和SDXC卡 |
| CMD9 | ac | [31:16] RCA [15:0] stuff bits | R2 | SEND_CSD | card从 CMD线发送其 CSD寄存器内容给 host |
| CMD11 | ac | [31:0] reserved bits(0) | R1 | VOLTAGE_SWITCH | 切换总线信号电平到 1.8V |
| CMD12 | ac | [31:0] stuff bits | R1b | STOP_TRANSMISSION | 强制 card停止传输。 |
| CMD13 | ac | [31:16] RCA [15:0] stuff bits | R1 | SEND_STATUS | card发送其状态寄存器给 host。 |
| CMD15 | ac | [31:16] RCA [15:0] reserved bits(0) | none | GO_INACTIVE_STATE | 使 card进入 inactive状态 |
| class 2 | |||||
| CMD16 | ac | [31:0] block length | R1 | SET_BLOCKLEN | 设置块读写操作的块长度，SDHC/SDXC card默认值都是 512bytes。对于 LOCK_UNLOCK命令，如果设置的长度大于 512bytes，BLOCK_LEN_ERROR bit将会置位。 |
| CMD17 | adtc | [31:0] data address | R1 | READ_SINGLE_BLOCK | 读取单块数据，SDSC卡块长度取决于 CMD16，SDHC卡和 SDXC卡为 512bytes |
| CMD18 | adtc | [31:0] data address | R1 | READ_MULTIPLE_BLOCK | 连续读取多块数据，直到 host发送 STOP_TRANSMISSION命令，块长度与 CMD17情况一致 |
| CMD19 | adtc | [31:0] reserved bits(0) | R1 | SEND_TUNING_BLOCK | 在 tuning模式下，发送 64 bytes特定数据块，用于 SDR50和 SDR104模式最佳采样点的检测 |
| CMD23 | ac | [31:0] Block Count | R1 | SET_BLOCK_COUNT | 指定 CMD18和 CMD25的传输块数量 |
| class 4 | |||||
| CMD16 | ac | [31:0] block length | R1 | SET_BLOCKLEN | 设置块读写操作的块长度，SDHC/SDXC card默认值都是 512bytes。对于 LOCK_UNLOCK命令，如果设置的长度大于 512bytes，BLOCK_LEN_ERROR bit将会置位。 |
| CMD23 | ac | [31:0] Block Count | R1 | SET_BLOCK_COUNT | 指定 CMD18和 CMD25的传输块数量 |
| CMD24 | adtc | [31:0] data address | R1 | WRITE_BLOCK | 写入单块数据，SDSC卡块长度取决于 CMD16，SDHC卡和 SDXC卡为 512bytes |
| CMD25 | adtc | [31:0] data address | R1 | WRITE_MULTIPLE_BLOCK | 连续写入多块数据，直到 host发送 STOP_TRANSMISSION命令，块长度与 CMD24情况一致 |
| CMD27 | adtc | [31:0] stuff bits | R1 | PROGRAM_CSD | 写 CSD寄存器 |
| ACMDs | |||||
| ACMD6 | ac | [31:2] stuff bits [1:0] bus width | R1 | SET_BUS_WIDTH | 定义用于数据传输的数据总线宽度，00b为 1bit，10b为 4bits，可以在 SCR寄存器确认 card允许的数据总线宽度 |
| ACMD13 | adtc | [31:0] stuff bits | R2 | SD_STATUS | card向 host发送卡状态寄存器内容（SD Status） |
| ACMD41 | bcr | [31] reserved bit [30] HSC(OCR[30]) [29] reserved for eSD [28] XPC [27:25] reserved bits [24] S18R [23:0] VDD Voltage Window(OCR[23:0]) | R3 | SD_SEND_OP_COND | host发送其支持的容量信息（bit[30] HSC）给 card，并且 card将在 CMD线返回其 OCR寄存器内容。HSC需要在 card已经接收过 CMD8才有效。 bit [28] XPC 用于控制 SDXC卡在默认速度模式下的最大电流，XPC=0，表示最大电流为 100mA，不支持速度等级，XPC=1，表示最大电流为 150mA，支持速度等级。 bit [24] S18R为 1时，用于请求将信号切换到 1.8V。 bit [23:0] 提供给 card检查其工作电压是否匹配，不匹配则进入 Inactive state |
| ACMD42 | ac | [31:1] stuff bits [0] set_cd | R1 | SET_CLR_CARD_DETECT | 控制 card CD/DAT3管脚的 50kΩ的上拉电阻，1b为连接，0b为断开 |
| ACMD51 | adtc | [31:0] stuff bits | R1 | SEND_SCR | 读取 card的 SD配置寄存器（SCR） |
| class 10 | |||||
| CMD6 | adtc | [31] Mode 0 : Check function 1 : Switch function [30:24] reserved (0) [23:20] reserved for function group 6 (0h or Fh) [19:16] reserved for function group 5 (0h or Fh) [15:12] function group 4 for current limit [11:8] function group 3 for drive strength [7:4] function group 2 for command system [3:0] function group 1 for access mode | R1 | SWITCH_FUNC | bit [31] 0b为功能检查，1b为功能切换 bit [15:12] 切换 UHS-I mode下主机提供的最大电流 bit [11:8] 切换 UHS-I mode下主机的驱动能力 bit [7:4] 切换到特定命令系统，实现特殊功能如 bit [3:0] SD总线速度模式选择 具体可以查看图 ‘Available Functions’ CMD6详细信息可以查看 4.3.10 Switch Function Command |
Responses
Response总共有 6种类型，分别是 R1，R1b，R2，R3，R6，R7。所有的 responses都是从 CMD线返回的，其长度和格式与类型相关，但都是以 0为起始位，1为结束位，传输方向位紧接着起始位，0表示 card到 host。除 R3类型外，所有的 responses都受到 CRC7保护。
R1（normal response command）
一般命令都是响应 R1，长度为 48 bit。bit [45:40] 描述响应的命令，bit [39:8] 描述 card的状态，详细状态可以查看 4.10 Two Status Information of SD Memory Card。
R1b
R1b与 R1格式上完全一样，只是会在数据线 DAT0 传输 busy信号，card接受到部分命令会变得忙碌，例如 CMD12，忙碌时 DAT0会被 card拉低。
R2（CID，CSD register）
R2长度为 136 bit，用于响应 CMD2和 CMD10，返回 CID寄存器的值，以及响应 CMD9，返回 CSD寄存器的值。CID和 CSD的 bit [0]会被结束位替代，即实际传输 bit [127:1]，不过它们两个的 bit [0]也没有使用上，默认为 1。
R3（OCR register）
R3长度为 48 bit，用于响应 ACMD41，返回 card的 OCR寄存器值。
R6（Published RCA response）
R6长度为 48 bit，用于响应 CMD3。bit [45:40] 默认为 ‘000011b’，bit [39:24] 是给 card设置的 RCA，bit [23:8] 表示 card的状态，具体查看 Table 4-36 Card Status，包括 bit 23，22，19，12:0这几个状态。
R7（Card interface condition）
R7长度为 48bit，用于响应 CMD8。bit [19:16]（voltage accepted）是返回 card支持的工作电压范围，bit [15:8] 返回 host发送的 check pattern。
