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SD NAND焊接后工作原理详解

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D NAND焊接到板子上之后就能工作,这背后是一系列硬件检测、协议握手和软件初始化的过程。

我们可以把它想象成给电脑安装了一块新的固态硬盘(SSD)。物理安装只是第一步,要让系统识别并使用它,还需要后续的一系列步骤。

下面我们详细拆解一下这背后发生的“魔法”:

第一阶段:硬件层面的准备

  1. 物理连接: 焊接的过程,实际上是在完成SD NAND芯片与主控制器(比如MCU、MPU)之间的物理电路连接。主要连接的是:

    • 电源(VCC/VSS): 给它供电,芯片有了生命。

    • 时钟(CLK): 提供工作的节拍,所有数据通信都在时钟的同步下进行。

    • 数据线(DAT0, DAT1, DAT2, DAT3): 用于传输实际的数据。刚开始可能只用一根(DAT0),后续可以切换到四根并行传输以提高速度。

    • 命令线(CMD): 用于传输控制命令,比如“你是谁?”、“我要读第X块数据”、“我要写数据到Y块”。

  2. 上电复位: 当板子通电的瞬间,SD NAND芯片内部的硬件逻辑会进行一次复位,使自己进入一个已知的、稳定的初始状态。通常,它会处于一种兼容性最强的模式,比如SD模式,并且只使用DAT0这一根数据线进行通信。

第二阶段:软件协议层面的“握手”与识别

这是最关键的一步,由主控制器上的软件(通常是驱动代码)来发起。

  1. 进入初始化状态: 主控制器会先保持时钟在一个较低的频率(比如400kHz),然后发送一个特殊的命令 CMD0 。这个命令的作用是让SD NAND强制复位空闲状态,准备开始初始化流程。

  2. 检查电压兼容性: 主控制器发送 CMD8 命令。这个命令像一个“暗号”,会告诉SD NAND:“我支持的工作电压范围是2.7-3.6V,你呢?” SD NAND会回复,确认自己是否支持这个电压。如果支持,对话继续;如果不支持,初始化就会失败。

  3. 身份识别与初始化: 接下来,主控制器会反复发送 CMD55 + ACMD41 这一对命令。

    • CMD55 是一个前缀命令,意思是“下一个命令是应用特定命令”。

    • ACMD41 是真正的初始化命令,它带有一个参数,告诉SD NAND:“请开始你的初始化过程,并且我是一位支持高容量SD卡(SDHC, >2GB)的主机。”

    • SD NAND收到后,会开始内部的初始化准备,并在回复中报告自己的状态:“我正在忙,初始化还没完成。”

    • 主控制器会不断地、有耐心地重复发送 CMD55 + ACMD41,直到SD NAND回复说:“好了,我准备好了!” 这时,SD NAND就退出了空闲状态。

  4. 读取身份信息(CID, RCA):

    • 主控制器发送 CMD2,SD NAND会回复它的CID。这是一个全球唯一的标识符,就像身份证号,包含了制造商、产品序列号等信息。

    • 主控制器发送 CMD3,为SD NAND分配一个相对地址(RCA)。在总线上可以有多个SD设备,RCA就像一个简短的外号,方便后续通信时快速寻址。至此,SD NAND进入了传输状态,初始化基本完成。

第三阶段:进入工作状态,准备读写

  1. 选择设备并切换模式: 主控制器通过 CMD7 加上刚刚分配的RCA,来“选中”这个SD NAND,使其进入传输状态

  2. 提升通信速度: 此时,主控制器可以将时钟频率从初始的400kHz提升到更高的频率,比如25MHz、50MHz甚至更高,以实现高速数据传输。

  3. 总线宽度切换: 为了提高读写速度,主控制器可以发送命令 CMD55 + ACMD6,将数据线从默认的1位(DAT0)切换到4位(DAT0-DAT3)模式。这相当于把单车道高速公路扩建成了四车道,数据吞吐量大大增加。

第四阶段:正常的读写操作

现在,一切准备就绪,主控制器可以像读写普通硬盘一样对SD NAND进行操作了。

  • 读操作: 主控制器发送 CMD17(读单个块)CMD18(读多个块) 命令,后面跟着要读取的逻辑块地址(LBA)。SD NAND内部的控制器会找到这个地址对应的物理存储单元,将数据读取出来,并通过数据线(DAT0-DAT3)发送给主控制器。

  • 写操作: 主控制器发送 CMD24(写单个块)CMD25(写多个块) 命令,后面跟着要写入的LBA地址,然后将要写入的数据通过数据线发送给SD NAND。SD NAND的控制器会负责将数据写入到对应的存储单元中。

总结与类比

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所以,核心在于: SD NAND不仅仅是一个被动的存储颗粒(像Nor Flash那样直接通过地址线控制),它内部集成了一个智能的控制器。这个控制器实现了复杂的SD物理层协议。主控制器通过发送标准化的命令来与这个内置控制器进行“对话”,由内置控制器去完成所有复杂的底层操作,如坏块管理、磨损均衡、ECC校验等,最终将简单的“块设备”接口呈现给主机。

这就是为什么焊接好后,只要主控端的SD/MMC主机控制器驱动正确,就能像使用一个普通磁盘一样轻松读写SD NAND的原因。

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