MCU에서 Micro SD카드 사용하기 2편 (MicroSD SPI 프로토콜)

안녕하세요. 오늘은 Micro SD카드 SPI 프로토콜에 대해 알아보겠습니다.

SPI, SD Mode 방식이 있고 해당 글에서는 SPI모드를 사용할 예정입니다. 

아래의 사이트에서 프로토콜에 대한 내용을 확인 할 수 있습니다. (Physical Layer Simplified Specification)
https://www.sdcard.org/downloads/pls/

*SPI MODE 설정
1. CPOL : 클럭이 Idel 상태일때 Low (0)
2. CPHA : 첫 번째 엣지에서 데이터 샘플링 (0)
3. Significant Bit : MSB
4. Enable Line : Low
5. 클럭속도
1) 초기화 클럭 주파수 : 100kHz~400kHz(권장)
2) 초기화 완료 후 데이터 전송 단계 : 25MHz(최대)


*패킷해석방법
※ 커맨드(MOSI)

1바이트 : command index
2~5바이트 : Argument
6바이트 : CRC7+end bit (end bit는 항상 1)

※ 응답(MISO)
커맨드 전송 후 1~8바이트 이내로 응답하고 응답하는 바이트수는 커맨드에따라 다름

응답	커맨드	길이	주요 용도
R1	CMD0, CMD17 등	1 byte	상태 비트 (Idle, CRC error 등)
R1b	CMD12 등	1 byte + busy	상태 + Busy 처리
R2	CMD13	2 bytes	R1 + 내부 오류 정보
R3	CMD58	5 bytes	R1 + OCR (전압 범위, CCS 등)
R7	CMD8	5 bytes	R1 + 전압/Check Pattern Echo

 

(각 커맨드가 어떤 응답하는지 보는 곳)

*SD카드 SPI 모드 진입하는 순서
아두이노 우노에 Micro SD를 연결해서 실제로 SPI모드에 진입하는 파형을 확인해보겠습니다.
사용하는 코드는 아래와 같습니다.

#include <SPI.h>
#include <SD.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("begin start");
  
  if (!SD.begin(4))
  {
    Serial.println("begin fail");
    return;
  }
  Serial.println("begin done");
}

void loop() {

}

1. 전원 인가 후 클럭 흔들기(Dummy Clocks)

- CS가 High 인 상태로 최소 74클럭 흔들어야함

2. SD 카드를 SPI 모드로 진입시키고, 초기화 상태로 만듦 (CMD0: GO_IDLE_STATE)
CS = LOW로 바꾼 뒤
커맨드: 0x40 00 00 00 00 95 전송
응답: R1 = 0x01 (Idle 상태)

3. 초기화전에 전압 범위 (2.7~3.6V) 지원 여부 & 패턴 확인 (CMD8: SEND_IF_COND)
커맨드: 0x48 00 00 01 AA 87
(Argument = 0x000001AA, CRC=0x87)
응답: R7 = 0x01 + 0x00 00 01 AA (정상)

4.SD카드 초기화 요청 시도 (CMD55 + ACMD41 반복)
커맨드 CMD55: 0x77 00 00 00 00 FF
커맨드  ACMD41: 0x69 40 00 00 00 FF
응답: 0x01 (반복) → 마지막엔 0x00 (초기화 완료)

 

5. OCR 확인 (CMD58: READ_OCR)
커맨드 : 0x7A 00 00 00 00 FF
응답 R3
R1 : 0x00 (정상)
OCR : 0xC0FF8000 (SDHC/SDXC카드(CCS=1), UHS-I 지원카드, 2.7V~3.6V 전압지원)

(결론)
1. 전원 인가 후 클럭 흔들기(Dummy Clocks)
2. CMD0 → 응답 0x01 → Idle 상태 진입, SPI 모드 진입 성공
3. CMD8 → 응답 0x01 + 0x000001AA  → 전압 범위 2.7V~3.6V 지원 확인
4. CMD55 + ACMD41 (with HCS=1) 반복 전송
초기화 과정 → 응답이 0x00이 될 때까지 반복
응답 0x00 시 → 카드 초기화 완료, Ready 상태
5. CMD58 → OCR 응답 0xC0FF8000 분석 결과:
CCS = 1 → SDHC/SDXC 카드 (고용량)
S18A = 1 → 1.8V 전환 지원(UHS-I 가능)
전압 범위: 2.7~3.6V 지원 확인