SD NAND 的 SDIO在STM32上的應(yīng)用詳解(中篇）

四.SDIO功能框圖(重點(diǎn))

SDIO包含2個(gè)部分：
● SDIO適配器模塊：實(shí)現(xiàn)所有MMC/SD/SD I/O卡的相關(guān)功能，如時(shí)鐘的產(chǎn)生、命令和數(shù)據(jù)的傳送。
● AHB總線接口：操作SDIO適配器模塊中的寄存器(由STM32控制SDIO外設(shè))，并產(chǎn)生中斷和DMA請求信號

復(fù)位后默認(rèn)情況下SDIO_D0用于數(shù)據(jù)傳輸，初始化后主機(jī)可以改變數(shù)據(jù)總線的寬度（SD卡1根或4根數(shù)據(jù)線）。

如果一個(gè)SD卡接到了總線上，可以通過主機(jī)配置數(shù)據(jù)傳輸使用SDIO_D0或SDIO_D[3:0] (使用一根或四根數(shù)據(jù)線)。所有的數(shù)據(jù)線都工作在復(fù)用推挽模式。

命令線也都工作在復(fù)用推挽模式

時(shí)鐘

SDIO使用兩個(gè)時(shí)鐘信號：
● SDIO適配器時(shí)鐘(SDIOCLK=HCLK)
● AHB總線時(shí)鐘(HCLK/2)經(jīng)過了分頻

SDIO_CK是卡的時(shí)鐘線：每個(gè)時(shí)鐘周期上升沿在命令和數(shù)據(jù)線上傳輸1位命令或數(shù)據(jù)。對于SD卡，時(shí)鐘頻率可以在0MHz至25MHz間變化。

引腳定義

接下來就是將SDIO框圖拆分研究各個(gè)模塊：

1.SDIO適配器

● SDIO適配器模塊：實(shí)現(xiàn)所有SD卡的相關(guān)功能，如時(shí)鐘的產(chǎn)生、命令和數(shù)據(jù)的傳送，而STM32可以通過AHB接口讀寫適配器寄存器從而控制SDIO外設(shè)讀寫SD卡(發(fā)送命令，接收響應(yīng)，數(shù)據(jù)傳輸)。

適配器寄存器和FIFO使用AHB總線一側(cè)的時(shí)鐘(HCLK/2)，控制單元、命令通道和數(shù)據(jù)通道使用SDIO適配器一側(cè)的時(shí)鐘(SDIOCLK)

SDIO適配器包含以下5個(gè)部分

● 適配器寄存器模塊
● 控制單元
● 命令通道
● 數(shù)據(jù)通道
● 數(shù)據(jù)FIFO

1.適配器寄存器模塊
適配器寄存器模塊包含所有系統(tǒng)寄存器。

2.控制單元

控制單元包含電源管理功能和為存儲器卡提供的時(shí)鐘分頻

時(shí)鐘管理子單元產(chǎn)生和控制SDIO_CK信號。SDIO_CK輸出可以使用時(shí)鐘分頻或時(shí)鐘旁路模式。

在電源關(guān)閉和電源啟動階段，電源管理子單元會關(guān)閉卡總線上的輸出信號則下述情況下沒有時(shí)鐘輸出：
● 復(fù)位后
● 在電源關(guān)閉和電源啟動階段
● 當(dāng)啟動了省電模式并且卡總線處于空閑狀態(tài)(命令通道和數(shù)據(jù)通道子單元進(jìn)入空閑階段后的8個(gè)時(shí)鐘周期)

3.命令通道(重點(diǎn))

命令通道單元向SD卡發(fā)送命令，并接收SD卡的響應(yīng)，命令與響應(yīng)都使用SDIO_CMD(命令線)進(jìn)行傳輸。

1.主機(jī)(STM32SDIO外設(shè))發(fā)送命令給SD卡

1)命令參數(shù)寄存器

2)命令寄存器(命令索引(6位)，命令使能位ENCMDcompl)

SD 命令格式固定為 48bit，都是通過 CMD 線連續(xù)傳輸?shù)模〝?shù)據(jù)線不參與）。

命令的主體包括：命令號，命令參數(shù)/地址信息，其他的(起始位，傳輸標(biāo)志，CRC校驗(yàn)，終止位)不管，后面再講。

如果命令不帶參數(shù)，那SDIO參數(shù)寄存器默認(rèn)為全1就好了

2.主機(jī)(STM32SDIO外設(shè))接收SD卡的響應(yīng)

1)命令響應(yīng)寄存器

2)SDIO相應(yīng)寄存器1~4

SDIO 總共有 7 個(gè)響應(yīng)類型(代號：R1~R7)，其中 SD 卡沒有 R4、R5 類型響應(yīng)，SD 卡的響應(yīng)也是通過 CMD 線連續(xù)傳輸?shù)?。根?jù)響應(yīng)內(nèi)容大小可以分為短響應(yīng)和長響應(yīng)。短響應(yīng)是 48bit 長度，只有 R2 類型是長響應(yīng)，其長度為 136bit。（關(guān)于響應(yīng)與命令后面馬上講）

現(xiàn)在只需要知道，響應(yīng)由SD卡也是通過CMD(命令線)傳輸?shù)絊DIO(響應(yīng)中的命令號存放在SDIO的命令響應(yīng)寄存器中(如果響應(yīng)不帶命令號則不用管就好了)，SD卡的狀態(tài)則存放在SDIO 響應(yīng)寄存器1~4)

主機(jī)接收SD卡響應(yīng)的流程：

3.命令通道狀態(tài)機(jī)(CPSM)

當(dāng)寫入命令寄存器并設(shè)置了使能位，開始發(fā)送命令。命令發(fā)送完成時(shí)，命令通道狀態(tài)機(jī)(CPSM)設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志并在不需要響應(yīng)時(shí)進(jìn)入空閑狀態(tài)(見下圖)。

一般發(fā)送命令接收響應(yīng)過程

如果命令寄存器中設(shè)置掛起位，CPSM進(jìn)入掛起(Pend)狀態(tài)并等待數(shù)據(jù)通道子單元發(fā)出的CmdPend信號，在檢測到CmdPend信號時(shí)，CPSM進(jìn)入發(fā)送(Send)狀態(tài)，這將觸發(fā)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器發(fā)送停止命令的功能

當(dāng)進(jìn)入等待(Wait)狀態(tài)時(shí)，命令定時(shí)器開始運(yùn)行，當(dāng)CPSM進(jìn)入接收(Receive)狀態(tài)之前，產(chǎn)生了超時(shí)，則設(shè)置超時(shí)標(biāo)志并進(jìn)入空閑(Idle)狀態(tài)。
注： 命令超時(shí)固定為64個(gè)SDIO_CK時(shí)鐘周期。

然后那些狀態(tài)機(jī)CPSM被關(guān)閉，CRC校驗(yàn)失敗等都會回到空閑狀態(tài)

最后這個(gè)發(fā)送命令等待響應(yīng)的過程，有很多狀態(tài)感覺會很復(fù)雜，其實(shí)我們只有啟用了CPSM狀態(tài)機(jī)可以不用管這些狀態(tài)轉(zhuǎn)化，我們只管發(fā)送命令，CPSM狀態(tài)機(jī)會幫我們處理好這些狀態(tài)。

4.命令通道狀態(tài)標(biāo)志

5.CRC校驗(yàn)
CRC發(fā)生器計(jì)算CRC碼之前所有位的CRC校驗(yàn)和，包括開始位、發(fā)送位、命令索引和命令參數(shù)或卡狀態(tài))。對于長響應(yīng)格式，CRC校驗(yàn)和計(jì)算的是CID或CSD的前120位；注意，長響應(yīng)格式中的開始位、傳輸位和6個(gè)保留位不參與CRC計(jì)算。

CRC反正不用管，硬件會幫我們自動校驗(yàn)

4.數(shù)據(jù)通道

在時(shí)鐘控制寄存器中可以配置卡的數(shù)據(jù)總線寬度。如果選擇了4位總線模式，則每個(gè)時(shí)鐘周期四條數(shù)據(jù)信號線(SDIO_D[3:0])上將傳輸4位數(shù)據(jù)；如果沒有選擇寬總線模式，則每個(gè)時(shí)鐘周期只在SDIO_D0上傳輸1位數(shù)據(jù)。(數(shù)據(jù)傳輸可以選擇1根或4根數(shù)據(jù)線關(guān)于SD卡)

1.數(shù)據(jù)FIFO

數(shù)據(jù)FIFO(先進(jìn)先出)子單元是一個(gè)具有發(fā)送和接收單元的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

FIFO包含一個(gè)每字32位寬、共32個(gè)字的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，和發(fā)送與接收電路。因?yàn)閿?shù)據(jù)FIFO工作在AHB時(shí)鐘區(qū)域(HCLK/2)，所有與SDIO時(shí)鐘區(qū)域(SDIOCLK)連接的信號都進(jìn)行了重新同步。依據(jù)TXACT和RXACT標(biāo)志，可以關(guān)閉FIFO、使能發(fā)送或使能接收。TXACT和RXACT由數(shù)據(jù)通道子單元設(shè)置而且是互斥的：

─ 當(dāng)TXACT有效時(shí)，發(fā)送FIFO代表發(fā)送電路和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
─ 當(dāng)RXACT有效時(shí)，接收FIFO代表接收電路和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

發(fā)送FIFO：當(dāng)使能了SDIO的發(fā)送功能，數(shù)據(jù)可以通過AHB接口寫入發(fā)送FIFO。

發(fā)送FIFO有32個(gè)連續(xù)的地址。發(fā)送FIFO中有一個(gè)數(shù)據(jù)輸出寄存器，包含讀指針指向的數(shù)據(jù)字。當(dāng)數(shù)據(jù)通道子單元裝填了移位寄存器后，它移動讀指針至下個(gè)數(shù)據(jù)并傳輸出數(shù)據(jù)。如果未使能發(fā)送FIFO，所有的狀態(tài)標(biāo)志均處于無效狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)通道子單元設(shè)置TXACT為有效。

接收FIFO：當(dāng)數(shù)據(jù)通道子單元接收到一個(gè)數(shù)據(jù)字，它會把數(shù)據(jù)寫入FIFO。

寫操作結(jié)束后，寫指針自動加一；在另一端，有一個(gè)讀指針始終指向FIFO中的當(dāng)前數(shù)據(jù)。如果關(guān)閉了接收FIFO，所有的狀態(tài)標(biāo)志會被清除，讀寫指針也被復(fù)位。在接收到數(shù)據(jù)時(shí)數(shù)據(jù)通道子單元設(shè)置RXACT。

下表列出了接收FIFO的狀態(tài)標(biāo)志。通過32個(gè)連續(xù)的地址可以訪問接收FIFO。

2.數(shù)據(jù)通道狀態(tài)機(jī)(DPSM)

根據(jù)傳輸?shù)姆较?發(fā)送或接收)，使能時(shí)數(shù)據(jù)通道狀態(tài)機(jī)(DPSM)將進(jìn)入Wait_S或Wait_R狀態(tài)：
● 發(fā)送：DPSM進(jìn)入Wait_S狀態(tài)。如果發(fā)送FIFO中有數(shù)據(jù)，則DPSM進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，同時(shí)數(shù)據(jù)通道子單元開始向卡發(fā)送數(shù)據(jù)。

接收：DPSM進(jìn)入Wait_R狀態(tài)并等待開始位；當(dāng)收到開始位時(shí)，DPSM進(jìn)入接收狀態(tài)，同時(shí)數(shù)據(jù)通道子單元開始從卡接收數(shù)據(jù)

DPSM工作在SDIO_CK頻率，卡總線信號與SDIO_CK的上升沿同步。DPSM有6個(gè)狀態(tài)(這下有的看了)，如下圖所示：

數(shù)據(jù)控制寄存器

● 空閑(Idle)：數(shù)據(jù)通道不工作，SDIO_D[7:0]輸出處于高阻狀態(tài)。當(dāng)寫入數(shù)據(jù)控制寄存器并設(shè)置使能位時(shí)，DPSM為數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器加載新的數(shù)值，并依據(jù)數(shù)據(jù)方向位進(jìn)入Wait_S或Wait_R狀態(tài)。

● Wait_R：如果數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器等于0，當(dāng)接收FIFO為空時(shí)DPSM進(jìn)入到空閑(Idle)狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器不等于0，DPSM等待SDIO_D上的開始位。如果DPSM在超時(shí)之前接收到一個(gè)開始位，它會進(jìn)入接收(Receive)狀態(tài)并加載數(shù)據(jù)塊計(jì)數(shù)器。如果DPSM在檢測到一個(gè)開始位前出現(xiàn)超時(shí)，或發(fā)生開始位錯(cuò)誤，DPSM將進(jìn)入空閑狀態(tài)并設(shè)置超時(shí)狀態(tài)標(biāo)志。

下面數(shù)據(jù)長度寄存器與數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)寄存器詳情看圖就不在贅述了，關(guān)于這些寄存器會在最后的結(jié)構(gòu)章節(jié)詳細(xì)講解。

● 接收(Receive)：接收到的串行數(shù)據(jù)被組合為字節(jié)并寫入數(shù)FIFO。根據(jù)數(shù)據(jù)控制寄存器中傳輸模式位的設(shè)置，數(shù)據(jù)傳輸模式可以是塊傳輸或流傳輸：
─ 在數(shù)據(jù)塊傳輸模式下，當(dāng)數(shù)據(jù)塊計(jì)數(shù)器達(dá)到0時(shí)，DPSM等待接收CRC碼，如果接收到的代碼與內(nèi)部產(chǎn)生的CRC碼匹配，則DPSM進(jìn)入Wait_R狀態(tài)，否則設(shè)置CRC失敗狀態(tài)標(biāo)志同時(shí)DPSM進(jìn)入到空閑狀態(tài)。

● Wait_S：如果數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器為0，DPSM進(jìn)入空閑狀態(tài)；否則DPSM等待數(shù)據(jù)FIFO空標(biāo)志消失后，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)

● 發(fā)送(Send)：DPSM開始發(fā)送數(shù)據(jù)到卡設(shè)備。根據(jù)數(shù)據(jù)控制寄存器中傳輸模式位的設(shè)置，數(shù)據(jù)傳輸模式可以是塊傳輸或流傳輸：
─ 在塊模式下，當(dāng)數(shù)據(jù)塊計(jì)數(shù)器達(dá)到0時(shí)，DPSM發(fā)送內(nèi)部產(chǎn)生的CRC碼，然后是結(jié)束位，并進(jìn)入繁忙狀態(tài)

● 繁忙(Busy)：DPSM等待CRC狀態(tài)標(biāo)志：

─ 如果沒有接收到正確的CRC狀態(tài)，則DPSM進(jìn)入空閑狀態(tài)并設(shè)置CRC失敗狀態(tài)標(biāo)志。

─ 如果接收到正確的CRC狀態(tài)，則當(dāng)SDIO_D0不為低時(shí)(SD卡不繁忙)DPSM進(jìn)入Wait_S狀態(tài)。(一般情況)

當(dāng)DPSM處于繁忙狀態(tài)時(shí)發(fā)生了超時(shí)，DPSM則設(shè)置數(shù)據(jù)超時(shí)標(biāo)志并進(jìn)入空閑狀態(tài)。

當(dāng)DPSM處于Wait_R或繁忙狀態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)定時(shí)器被使能，并能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)超時(shí)錯(cuò)誤：
─ 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果DPSM處于繁忙狀態(tài)超過程序設(shè)置的超時(shí)間隔，則產(chǎn)生超時(shí)。
─ 接收數(shù)據(jù)時(shí)，如果未收完所有數(shù)據(jù)，并且DPSM處于Wait_R狀態(tài)超過程序設(shè)置的超時(shí)間隔，則產(chǎn)生超時(shí)

數(shù)據(jù)可以從主機(jī)傳送到卡，也可以反向傳輸。數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上傳輸。數(shù)據(jù)存儲在一個(gè)32字的FIFO中，每個(gè)字為32位寬，SD卡可以拉低SDIO_D0數(shù)據(jù)線表示卡正在忙碌.

最后反正數(shù)據(jù)傳輸中的狀態(tài)怎么復(fù)雜，其實(shí)數(shù)據(jù)通道狀態(tài)機(jī)(DPSM)會幫我們處理好這些狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，我們只需要準(zhǔn)備好發(fā)送和接收數(shù)據(jù)就好了

實(shí)在理不清清楚就了解一下，大概知道用那些寄存器位控制。

五.命令與響應(yīng)

SD 命令由主機(jī)發(fā)出，以廣播命令和尋址命令為例，廣播命令是針對與 SD 主機(jī)總線連接的所有從設(shè)備(SD卡)發(fā)送的，尋址命令是指定某個(gè)地址設(shè)備進(jìn)行命令傳輸。

1.命令格式

SD 命令格式固定為 48bit，都是通過 CMD 線連續(xù)傳輸?shù)模〝?shù)據(jù)線不參與）

1.起始位和終止位：命令的主體包含在起始位與終止位之間，它們都只包含一個(gè)數(shù)據(jù)位，起始位為 0，終止位為 1。

2.傳輸標(biāo)志：用于區(qū)分傳輸方向，該位為 1 時(shí)表示命令，方向?yàn)橹鳈C(jī)傳輸?shù)?SD 卡，該位為 0 時(shí)表示響應(yīng)，方向?yàn)?SD 卡傳輸?shù)街鳈C(jī)。

3.命令主體內(nèi)容包括命令、地址信息/參數(shù)和 CRC 校驗(yàn)三個(gè)部分。
命令號：它固定占用 6bit，所以總共有 64 個(gè)命令(代號：CMD0~CMD63)，每個(gè)命令都有特定的用途，部分命令不適用于 SD 卡操作，只是專門用于 MMC 卡或者SD I/O 卡。(有些命令具有參數(shù)有些命令沒有參數(shù))

地址/參數(shù)：每個(gè)命令有 32bit 地址信息/參數(shù)用于命令附加內(nèi)容，例如，廣播命令沒有地址信息，這 32bit 用于指定參數(shù)，而尋址命令這 32bit 用于指定目標(biāo) SD 卡的地址。

CRC7 校驗(yàn)：長度為 7bit 的校驗(yàn)位用于驗(yàn)證命令傳輸內(nèi)容正確性，如果發(fā)生外部干擾導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)個(gè)別位狀態(tài)改變將導(dǎo)致校準(zhǔn)失敗，也意味著命令傳輸失敗，SD卡不執(zhí)行命令。

2.命令類型

SD 命令有 4 種類型：

1.廣播命令(bc)，無響應(yīng) — 廣播命令只有當(dāng)所有的 CMD 線都一起連到主機(jī)上時(shí)才會用。如果是分開的，那么每張卡單獨(dú)處理命令。

2.廣播命令，帶響應(yīng)(bcr) — 所有卡同時(shí)響應(yīng)，既然 SD 卡沒有開漏模式，這種命令應(yīng)該是所有的命令線都是分開的，命令也會每張卡分開接收和響應(yīng)。

3.尋址命令(ac，點(diǎn)對點(diǎn)) — 沒有數(shù)據(jù)在 DAT 線上

4.尋址數(shù)據(jù)傳輸命令(adtc) — 有數(shù)據(jù)在 DAT 線上

所有命令和響應(yīng)都是通過 SD 卡的 CMD 線發(fā)送的。命令的發(fā)送總是從最左邊的那一位開始

另外，SD 卡主機(jī)模塊系統(tǒng)旨在為各種應(yīng)用程序類型提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。在此環(huán)境中，需要有特定的客戶/應(yīng)用程序功能。為實(shí)現(xiàn)這些功能，在標(biāo)準(zhǔn)中定義了兩種類型的通用命令：
特定應(yīng)用命令(ACMD)和常規(guī)命令(GEN_CMD)。要使用 SD 卡制造商特定的 ACMD 命令如ACMD6，需要在發(fā)送該命令之前無發(fā)送 CMD55 命令，告知 SD 卡接下來的命令為特定應(yīng)用命令(因?yàn)樘囟☉?yīng)用命令A(yù)CMD6與CMD6都表示為 000110 所以要區(qū)別的話發(fā)送特定命令之前先發(fā)送CMD55表示后面的 000110 表示ACMD6 )。
CMD55 命令只對緊接的第一個(gè)命令有效，SD 卡如果檢測到 CMD55 之后的第一條命令為 ACMD 則執(zhí)行其特定應(yīng)用功能，如果檢測發(fā)現(xiàn)不是 ACMD 命令，則執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)命令。

3.命令描述

反正下面的命名基本上用的到，這里記也記不住，先熟悉一下，后面講SD卡識別模式，SD傳輸模式，以及后面寫代碼的時(shí)候，用到的命令在提及。

4.響應(yīng)類型

命令寄存器包含命令索引(發(fā)至卡的6位)和命令類型；命令本身決定了是否需要響應(yīng)和響應(yīng)的類型、48位還是136位。

應(yīng)由 SD 卡向主機(jī)發(fā)出，部分命令要求 SD 卡作出響應(yīng)，這些響應(yīng)多用于反饋 SD 卡的狀態(tài)。SDIO 總共有 7 個(gè)響應(yīng)類型(代號：R1~R7)，其中 SD 卡沒有 R4、R5 類型響應(yīng)。特定的命令對應(yīng)有特定的響應(yīng)類型，比如當(dāng)主機(jī)發(fā)送 CMD3 命令時(shí)，可以得到響應(yīng) R6。與命令一樣，SD 卡的響應(yīng)也是通過 CMD 線連續(xù)傳輸?shù)?。根?jù)響應(yīng)內(nèi)容大小可以分為短響應(yīng)和長響應(yīng)。短響應(yīng)是 48bit 長度，只有 R2 類型是長響應(yīng)，其長度為 136bit。

R1(正常命令響應(yīng))

長度 48bit。bit [45:40]代表響應(yīng)的命令號(什么命令造成的響應(yīng))?？ǖ臓顟B(tài)存儲在 bit [39:8]。很多命令基本是R1類型的響應(yīng)。

R1b響應(yīng)：
R1b 就是 R1 響應(yīng)命令，同時(shí)數(shù)據(jù)線上有busy信號(SDIO_D0被拉低)。卡在收到這些命令后可能會變?yōu)閎usy。主機(jī)應(yīng)該在響應(yīng)中檢查 busy。

R2(CID,CSD 寄存器)長響應(yīng)

長度為 136bit。CID 寄存器的內(nèi)容作為 CMD2 和 CMD10 的響應(yīng)發(fā)送。CSD 寄存器的內(nèi)容作為 CMD9 的響應(yīng)發(fā)送。只傳輸 CID 和 CSD 寄存器的[127:1]位，這些寄存器的第[0]位被響應(yīng)的結(jié)束位替代了

R3(OCR 寄存器

長度 48bit，OCR 寄存器的值作為 ACMD41 的響應(yīng)發(fā)送

5 R6(發(fā)布的 RCA 寄存器響應(yīng))

長度 48bit。[45:40]是響應(yīng)的命令號，這里就是‘000011’，即 CMD3。參數(shù)中的 16 位MSB 用于產(chǎn)生 RCA 號

R7(卡接口條件）
長度 48bit?？ㄖС值碾妷盒畔⑼ㄟ^ CMD8 的響應(yīng)發(fā)送。Bit[19:16]表明卡支持的電壓范圍?？ń邮芴峁┑碾妷悍秶头祷?R7 響應(yīng)?？〞陧憫?yīng)的參數(shù)中返回電壓范圍和檢查模式。

總結(jié)：
1.命令本身決定了是否需要響應(yīng)和響應(yīng)的類型
2.響應(yīng)中除了 R3 類型之外，其他響應(yīng)都使用 CRC7 校驗(yàn)來校驗(yàn)，對于 R2 類型是使用 CID 和CSD 寄存器內(nèi)部 CRC7(如果響應(yīng)不包含CRC(如CMD1的響應(yīng))，設(shè)備驅(qū)動應(yīng)該忽略CRC失敗狀態(tài))。
3.有些響應(yīng)不一定返回命令號

六.SD卡/SD NAND功能描述（重重點(diǎn)）

SD 卡系統(tǒng)定義了兩種操作模式：
● 卡識別模式
在復(fù)位后，查找總線上的新卡的時(shí)候，主機(jī)會處于“卡識別模式”?？ㄔ趶?fù)位后會處于識別模式，直到收到 SEND_RCA(CMD3)命令.
● 數(shù)據(jù)傳輸模式
當(dāng) RCA (相當(dāng)于SD卡的ID號）第一次發(fā)布后，卡會處于“數(shù)據(jù)傳輸模式”。主機(jī)會在總線上所有的卡都被識別后進(jìn)入這個(gè)模式

上面看不懂不要緊，接著往下看

1.操作條件確認(rèn)

在主機(jī)和卡交互之初，主機(jī)可能不知道卡支持的電壓，卡也可能不知道是否支持當(dāng)前的電壓。主機(jī)會先假設(shè) SD 卡支持某個(gè)電壓，并以這個(gè)電壓發(fā)送一個(gè)復(fù)位命令 CMD0。為了驗(yàn)證電壓，“Physical Layer Specification V2.0”又定義了一個(gè)新的命令 CMD8。

CMD8(發(fā)送接口條件命令)是用來依照 SD2.0 標(biāo)準(zhǔn)初始化 SD 卡的。CMD8 要在 SD 卡處于“idle”狀態(tài)下使用。
此命令有兩個(gè)功能：

1.電壓檢測：

檢測卡是否能在主機(jī)提供的電壓下工作。

2.使能已存在命令的擴(kuò)展和響應(yīng)：

恢復(fù) CMD8 就能夠通過從定義之前預(yù)留的 bit，為一些已存在的命令擴(kuò)展新的功能。

當(dāng)卡在“idle”狀態(tài)時(shí)，主機(jī)應(yīng)該先發(fā)送 CMD8，再發(fā)送 ACMD41。參數(shù)中“電壓支持”bit 被設(shè)置為主機(jī)支持的電壓，而“檢測模式”bit 被設(shè)置為任意的 8bit 模式(推薦使用‘10101010b) b代表位的意思。

①：這里是卡實(shí)際返回的內(nèi)容(響應(yīng)傳輸中不包含錯(cuò)誤)
②：匹配意思是同時(shí)滿足下面的 a)和 b)。不匹配是其他情況。
a) VHS(支持的電壓)中只有 1 個(gè) bit 被設(shè)置了
b)卡支持主機(jī)提供的電壓

CMD8用于驗(yàn)證 SD 卡接口操作條件。SD卡會通過分析 CMD8 的參數(shù)來檢測操作條件的正確性，而主機(jī)會通過分析 CMD8 的響應(yīng)來檢查正確性，支持的電壓是由參數(shù)里的 VHS 區(qū)指定的。SD卡會假設(shè) VHS 里面指定的電壓是當(dāng)前支持的電壓。每一次命令VHS 里面只有 1 位能被設(shè)置為 1。主機(jī)會通過 CRC 和檢查模式來確認(rèn)通信的有效性。

如果卡能夠在支持電壓下操作，響應(yīng)會傳回命令參數(shù)里設(shè)置的支持的電壓和檢測模式。

如果卡不能在支持電壓下操作，就不會發(fā)送響應(yīng)，并保持在“空閑(idle)”狀態(tài)。

強(qiáng)制要求：
在發(fā)送第一個(gè) ACMD41 之前要先發(fā)送 CMD8，以便初始化高容量 SD 卡。SD 卡如果收到 CMD8，就會知道主機(jī)支持 V2.0，就可以使能新的功能。

總結(jié)一句話：CMD8用來識別不同版本的卡和檢測卡是否能在主機(jī)提供的電壓下工作。

如果發(fā)送CMD8無響應(yīng)：

1.電壓不匹配的 2.0 以上 SD 卡
2.1.0 的 SD 卡
3.不是 SD 卡

如果發(fā)送CMD8有響應(yīng)：
電壓匹配的 2.0 以上 SD 卡(就是我們即將要使用的SD卡)

ACMD41是用來提供給主機(jī)一種機(jī)制來識別和拒絕那些不匹配它期望的 VDD 范圍的卡，主機(jī)通過發(fā)送需求的 VDD 電壓范圍來完成這個(gè)命令，這個(gè)范圍作為命令的參數(shù)。不能支持指定電壓范圍的卡應(yīng)該自動放棄后續(xù)的總線操作，并且進(jìn)入無效狀態(tài)。OCR 寄存器里面的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該響應(yīng)的定義。
注意：ACMD41 是應(yīng)用特定命令，在發(fā)送 ACMD41 之前需要發(fā)送CMD55。

2.卡識別模式

在卡識別模式，主機(jī)復(fù)位所有的卡、檢測操作電壓范圍、識別卡并為總線上每個(gè)卡設(shè)置相對地址(RCA(Relative Card Address)：靠這個(gè)地址確認(rèn)與主機(jī)與哪個(gè)SD卡通信)。在卡識別模式下，所有數(shù)據(jù)通信只使用命令信號線(CMD)。

在卡識別過程中，卡應(yīng)該在識別時(shí)鐘頻率 FOD （400KHZ）下的 SD 時(shí)鐘頻率中工作，在數(shù)據(jù)傳輸模式時(shí)鐘頻率為Fpp(最大25MHZ)，所以在卡識別模式完成之后進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸模式需要轉(zhuǎn)換頻率。

在卡識別模式期間，主機(jī)應(yīng)該保持在 Fod 頻率，因?yàn)槟承┛赡茉诳ㄗR別模式中有頻率限制。在數(shù)據(jù)傳輸模式，主機(jī)可以在 Fpp 頻率范圍操作卡

卡會檢查自己能不能在主機(jī)提供的電壓下工作。如果能夠，就會返回 R7 響應(yīng)。響應(yīng)參數(shù)中卡反饋了電壓范圍和檢測模式設(shè)置。

SD_SEND_OP_COND(ACMD41)作為開始，通過設(shè)置操作條件和 OCR 的 HCS 位來進(jìn)行。

HCS(HighCapacity Support)位為 1，表示主機(jī)支持高容量 SD 卡。

HCS(HighCapacity Support)位為 0，表示主機(jī)不支持高容量 SD 卡。

HCS 會被不回應(yīng) CMD8 的卡忽視掉。然而，如果卡不回應(yīng) CMD8，主機(jī)應(yīng)該設(shè)置 HCS 為 0。標(biāo)準(zhǔn)容量卡會忽略 HCS。如果 HCS 設(shè)置為 0，那么高容量 SD 卡永遠(yuǎn)都不會返回 ready 狀態(tài)(保持 busy 位為 0)。

卡通過 OCR 的 busy 位來通知主機(jī) ACMD41 的初始化完成了。
設(shè)置 busy 位為 0 表示卡仍然在初始化。
設(shè)置 busy 位為 1，表示已經(jīng)完成初始化。主機(jī)會重復(fù)發(fā)送 ACMD41，直到 busy 為被設(shè)置

R3作為ACMD41命令的響應(yīng)返回，OCR寄存器的值

OCR 寄存器

32 位的操作條件寄存器(OCR)存儲了卡的 VDD 電壓描述。另外，還包括了狀態(tài)信息位。如果卡的上電程序完成，一個(gè)狀態(tài)位會被設(shè)置。寄存器還包括另一個(gè)狀態(tài)位，在設(shè)置上電狀態(tài)位后，用來表明卡的容量狀態(tài)。

Bit31(busy位) – 卡上電狀態(tài)位，這個(gè)狀態(tài)位在卡的上電流程完成后設(shè)置。

Bit30(CCS位) – 卡容量狀態(tài)位，如果是高容量卡，設(shè)置為 1，如果是標(biāo)準(zhǔn)卡，設(shè)置為 0。

卡容量狀態(tài)位只有在上電流程完成，且 Bit31 設(shè)置為 1 之后才有效。
主機(jī)可以讀取這個(gè)狀態(tài)位來判斷卡的種類。

如果卡響應(yīng)了 CMD8，那么 ACMD41 的響應(yīng)就包括了 CCS 字段信息。當(dāng)卡返回“ready”的時(shí)候，CCS 是有效的(busy 位設(shè)置為 1)。
CCS=1 表示卡是高容量 SD 卡；CCS=0 表示卡是普通 SD 卡

總結(jié)：ACMD41命令，是用來SD卡的工作電壓是否匹配，確定SD的容量(是標(biāo)準(zhǔn)卡還是高容量的卡)。

在系統(tǒng)中，主機(jī)遵照相同的初始化順序來初始化所有的新卡。不兼容的卡會進(jìn)入“Inactive（無效）”狀態(tài)。

主機(jī)接著就會發(fā)送命令 CMD2給每一個(gè)卡，來得到他們的 CID 號，未識別的卡(處于 Ready 狀態(tài)的)發(fā)送自己的 CID 作為響應(yīng)。當(dāng)卡發(fā)送了 CID 之后，它就進(jìn)入“Identification(識別狀態(tài))”狀態(tài)。

之后主機(jī)發(fā)送CMD3命令，通知卡發(fā)布一個(gè)新的相對地址(RCA),這個(gè)地址比 CID 短，用于作為將來數(shù)據(jù)傳輸模式的地址。一旦收到 RCA，卡就會變?yōu)椤癝tand-by（待機(jī)狀態(tài)）”狀態(tài)。
這時(shí)，如果主機(jī)想要分配另一個(gè) RCA 號，它可以再發(fā)送一個(gè) CMD3，通知卡重新發(fā)布一個(gè) RCA 號。最后一個(gè)產(chǎn)生的 RCA 才是有效的。

卡識別模式流程圖（重點(diǎn)重點(diǎn)）

一定一定要結(jié)合圖去理解上面的文字?jǐn)⑹?，卡的識別過程就豁然開朗了

3.數(shù)據(jù)傳輸模式

在卡識別模式期間，主機(jī)應(yīng)該保持在 Fod （400KHZ）頻率，因?yàn)槟承┛赡茉诳ㄗR別模式中有頻率限制。在數(shù)據(jù)傳輸模式，主機(jī)可以在 Fpp （最高25MHZ）頻率范圍操作卡

主機(jī)發(fā)送命令CMD9來獲得“SD卡具體數(shù)據(jù)(Card Specific Data)”，比如“塊長度”，“存儲容量”數(shù)據(jù)傳輸模式所有狀態(tài)等（這些數(shù)據(jù)會用于后面對SD卡的讀寫操作）。

廣播命令 CMD4會配置所有已識別卡的驅(qū)動范圍(電壓)。它會根據(jù)應(yīng)用總線布局(長度)、總線上卡的數(shù)量以及數(shù)據(jù)傳輸頻率來配置它們的 DSR 寄存器。

CMD7 的作用是選擇一張SD卡，然后把它從卡識別模式切換到數(shù)據(jù)傳輸模式，每次只能有一張卡處于傳輸模式，如果一張?zhí)幱趥鬏斈Ｊ降腟D卡同主機(jī)的連接被釋放，那么它會回到“Stand-by（待機(jī)）”狀態(tài)。當(dāng) CMD7 帶著參數(shù)RCA=0x0000 發(fā)送的時(shí)候，所有的卡都會回到“Stand-by（待機(jī)）狀態(tài)。

主機(jī)讀數(shù)據(jù)(SD卡處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài))

所有數(shù)據(jù)讀命令可以在任何情況下通過停止命令(CMD12)來中止。數(shù)據(jù)傳輸會中止，卡會回到傳輸狀態(tài)。讀命令有：塊讀(CMD17),多塊讀(CMD18),發(fā)送寫保護(hù)(CMD30),發(fā)送SCR(ACMD51)以及讀模式的通用命令(CMD56)

一般就用CMD17塊讀，多塊讀(CMD18)

主機(jī)寫數(shù)據(jù)(SD卡處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài))

所有數(shù)據(jù)寫命令同樣也可以通過 CMD12 來中止。在發(fā)送 CMD7 取消選定卡之前，應(yīng)該先停止寫命令。寫命令有：塊寫(CMD24，CMD25)，編程 CSD(CMD27),鎖定/解鎖命令(CMD42)。

CMD24：
1.對于標(biāo)準(zhǔn)卡寫入寫入 SEL_BLOCK_LEN長度字節(jié)的塊。
2.對于 SDHC卡(高容量SD卡>2GB)，寫入512 字節(jié)的塊。

CMD25：
連續(xù)寫入數(shù)據(jù)，直到被CMD12命令打斷。

● 一旦數(shù)據(jù)傳輸完成，卡會退出寫狀態(tài)，并且進(jìn)入編程狀態(tài)(傳輸成功)或者傳輸狀態(tài)(傳輸失敗)

卡可能會提供緩存給“塊寫”：這就意味著當(dāng)前一個(gè)塊正在處理的時(shí)候，就可以發(fā)送后一個(gè)塊了。如果緩存都慢了，那么卡就會處于編程狀態(tài)則SDIO_D0會被拉低(表示busy)

擦除SD卡數(shù)據(jù)
擦除命令有三條：
CMD32：設(shè)置擦除的起始地址
CMD33：設(shè)置擦除的結(jié)束地址
CMD38：開始擦除

擦除數(shù)據(jù)，相當(dāng)于將要擦除的區(qū)域的位都設(shè)置為1，擦除過程中，SD卡也將處于編程狀態(tài)：SDIO_D0會被拉低(表示busy)

● 將另一張卡從 Stand-by (待機(jī))模式轉(zhuǎn)換到 Transfer (傳輸)模式(CMD7)不會終止擦除和編程操作。正在操作的SD卡會切換到 Disconnect 狀態(tài)并且釋放 SDIO_D0線。
● 處于 Disconnect 狀態(tài)的卡可以通過 CMD7 的命令重新被選定。這時(shí)，卡會進(jìn)入Programming 模式，并且重新使能 busy 。

復(fù)位卡(CMD0 或者 CMD15)會中止任何等候或者執(zhí)行的編程操作。這可能會損壞卡的內(nèi)容(但是盡量不要怎么做)。

總結(jié)
至此整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸流程就全部講完，到這里肯定要心中有點(diǎn)數(shù)了，其實(shí)后面的代碼：卡的識別模式與數(shù)據(jù)傳輸模式 代碼實(shí)現(xiàn)完完全全是按照上述流程來編寫的。

【本文轉(zhuǎn)載自CSDN，作者：rivencode】