MMC模式和SPI模式

核心概念：一种设备，两种接口

你可以把SD卡或MMC卡想象成一个能说两种语言的人：

• MMC模式（原生模式）：是它的母语，功能最全，性能最高。

• SPI模式：是它的通用外语，简单通用，但效率稍低。

对比表格

 

特性	MMC模式（包括SD模式）	SPI模式
协议本质	专为内存卡设计的原生、高性能协议	一种非常古老且通用的工业标准串行通信协议
通信线路	至少4条数据线（SD模式）或1-8条（MMC模式） + 命令线 + 时钟线	仅1条数据输入线、1条数据输出线 + 时钟线 + 片选线
引脚数量	多（通常需要7个或以上引脚）	少（仅需4个基本引脚）
通信方式	全双工（可以同时收发数据）	半双工（同一时间只能收或发）
性能	高。多数据线并行传输，速度远高于SPI模式。	低。单数据线串行传输，是性能瓶颈。
硬件复杂度	高。主机控制器需要专门电路，设计复杂。	极低。绝大多数MCU都内置硬件SPI模块，软件模拟也极其容易。
软件/驱动复杂度	复杂。需要实现完整的MMC/SD命令集和协议。	简单。协议简单，驱动易于编写和移植。
成本	高	低
主要应用场景	对速度要求高的场合，如手机、数码相机、嵌入式Linux/Android系统等。	对成本和复杂度敏感，速度要求不高的场合，如使用Arduino、STM32等单片机的项目。

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深入解析

1. MMC模式

这是存储卡的本土模式，旨在充分发挥其性能。

• 总线结构：

  • CMD（命令线）：用于主机向卡发送命令和卡向主机发送响应。

  • CLK（时钟线）：由主机提供，同步数据传输。

  • DAT[0:3]（数据线）：4位宽的数据总线（SD模式），用于并行传输数据和校验。在eMMC或更高标准的卡中，可以支持到8位宽（DAT[0:7]）。

• 工作模式：

  • SD模式：这是基于MMC协议发展而来的，是现在SD卡最常用的“原生模式”。我们通常所说的“MMC模式”在SD卡语境下就是指SD模式。

• 优点：

  • 高速：多数据线并行传输是其主要优势。

  • 高效：专为存储优化，协议效率高。

• 缺点：

  • 需要专用的主机控制器，硬件连接和驱动编写都更复杂。

2. SPI模式

SPI是一种由Motorola制定的非常古老且通用的串行通信协议，被几乎所有微控制器所支持。

• 总线结构：

  • CS（片选线）：用于主机选择要通信的从设备（SD卡）。

  • CLK（时钟线）：由主机提供。

  • MOSI（主机输出，从机输入）：主机向SD卡发送数据。

  • MISO（主机输入，从机输出）：SD卡向主机返回数据。

• 为什么存在SPI模式？

  • 为了兼容性和易用性。很多微控制器（MCU）没有专用的SD卡控制器，但几乎都有SPI模块。通过SPI模式，开发者可以用最简单、最廉价的方式在单片机系统中读取SD卡，而无需增加额外的硬件芯片。

• 优点：

  • 极佳的兼容性：几乎所有MCU都支持。

  • 硬件简单：接线少，无需专用控制器。

  • 软件简单：驱动代码易于实现。

• 缺点：

  • 速度慢：单线传输是主要瓶颈。

  • 只支持旧命令：并非所有SD卡的高级功能都能在SPI模式下使用。

如何选择？

• 选择 MMC/SD 模式的情况：

  • 你在设计一个像树莓派、手机主板这样的复杂系统。

  • 你对数据传输速度有很高要求（例如，录制高清视频、运行操作系统）。

  • 你的主控芯片（如ARM A系列处理器）内置了SD/MMC主机控制器。

  • 你使用的是Linux等高级操作系统，其驱动对SD模式支持完善。

• 选择 SPI 模式的情况：

  • 你在使用Arduino、STM32、ESP32等单片机做项目。

  • 你的项目对速度要求不高（例如，读写日志文件、播放WAV音频文件）。

  • 你希望用最少的硬件资源和最简单的代码来实现功能。

  • 你的MCU没有专用的SD卡控制器。

总结

MMC/SD模式是“专业赛道”，追求极致性能；而SPI模式是“平民赛道”，追求极致的简单和通用。 对于大多数单片机爱好者而言，SPI模式是接触和使用SD卡的首选方式，因为它极大地降低了入门门槛。而在成熟的消费电子产品中，MMC/SD模式则是无可争议的标准，以确保最佳的用户体验。