使用MM32F3270的SDIO驅(qū)動SD卡

SD 卡系統(tǒng)定義了兩種通信協(xié)議：SD 和 SPI。主機(jī)系統(tǒng)可以選擇任意一種。當(dāng)收到 reset 命令的時候， SD 卡通過主機(jī)的信息來決定使用何種模式，并且之后的通訊都會使用相同模式。不推薦多卡槽用共同的總線信號。一個單獨(dú)的 SD 總線應(yīng)該連接一個單獨(dú)的 SD 卡。SD 總線包含下面的信號：

1) CLK：時鐘信號；
2) CMD：雙向命令/響應(yīng)信號；
3) DAT0-DAT3：雙向數(shù)據(jù)信號；
4) Vdd， Vss1， Vss2：電源和地信號。

2.6、總線協(xié)議

SD 總線通信：

1) Command：命令是一次操作開始的令牌，從主機(jī)發(fā)送到一個卡片（編址命令）或者連接到主機(jī)的所有卡片（廣播命令）。命令在 CMD 線上連續(xù)傳輸。

2) Response：響應(yīng)是從已尋址的卡或從所有連接上的卡發(fā)送到主機(jī)的令牌，作為對先前接收到指令的應(yīng)答。響應(yīng)在 CMD 線上連續(xù)傳輸。

3) Data：數(shù)據(jù)可以通過 DATA 線雙向傳輸。

卡片尋址通過使用會話地址來實(shí)現(xiàn)，會話地址會在初始化階段分配給卡。SD 總線上的基本交互是命令/響應(yīng)交互。這種總線交互直接在命令或者響應(yīng)的結(jié)構(gòu)里面?zhèn)鬏斔麄兊男畔?。此外，某些操作還有數(shù)據(jù)令牌。SD 卡發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)在塊（block）中完成。數(shù)據(jù)塊以 CRC 位來保證傳輸成功。目前有單塊和多塊操作。

注：多塊操作模式在快速寫操作時更好一點(diǎn)。多塊傳輸在 CMD 線上產(chǎn)生 stop 命令時結(jié)束。主機(jī)端可以配置數(shù)據(jù)傳輸是單線還是多線。

SDIO“無響應(yīng)”和“無數(shù)據(jù)”操作
SDIO（多）數(shù)據(jù)塊讀操作
SDIO連續(xù)讀操作
SDIO連續(xù)寫操作

03、卡的初始化以及識別過程

初始化進(jìn)程以命令 ACMD41 作為開始，通過設(shè)置工作條件和 OCR 來進(jìn)行。HCS（HighCapacitySupport）位為 1 表示主機(jī)支持高容量 SD 卡?？ㄍㄟ^ OCR 的 busy 位來通知主機(jī) ACMD41 的初始化完成了。busy 位為 0表示卡仍然在初始化；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 位被置 1?？ㄆ荚诘谝粋€ ACMD41 的命令時，檢查工作條件和 OCR 里面的 HCS 位。當(dāng)重復(fù) ACMD41 的時候，除了 CMD0，主機(jī)不再發(fā)其他命令。接著主機(jī)會發(fā)送命令 ALL_SEND_CID（CMD2），來獲得卡的 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 CID 后，進(jìn)入卡識別（Identification）狀態(tài)。之后主機(jī)發(fā)送 SEND_RELATIVE_ADDR（CMD3）命令要求卡發(fā)布新的相對地址（RCA），一旦收到 RCA，卡就會變?yōu)榈却⊿tand-by）狀態(tài)。主機(jī)會重復(fù)識別進(jìn)程，為系統(tǒng)中每個卡循環(huán)發(fā)送 CMD2 和 CMD3。對于 SDI/O 卡而言，總線被激活后 SDIO 卡主機(jī)先發(fā)送 IO_SEND_OP_COND（CMD5）命令，得到的響應(yīng)是卡的工作條件寄存器的內(nèi)容，之后再同上發(fā)送 CMD3 命令，執(zhí)行后續(xù)操作。

04、MM32F3270 SDIO驅(qū)動SD卡

MM32的SDIO支持SD/MMC/SDIO卡，其中SDIO卡與SD存儲卡是有區(qū)別的。SDIO卡實(shí)際上就是利用SDIO接口的一些模塊，插入SD的插槽中，擴(kuò)展設(shè)備的功能，如：SDIO wifi, SDIO CMOS相機(jī)等。SD存儲卡就是平時常見的用于存儲數(shù)據(jù)的卡。

本實(shí)驗(yàn)中使用的Micro SD卡屬于SDSC(標(biāo)準(zhǔn)容量，最大2G)卡。介紹卡的種類是因?yàn)镾D協(xié)議中的命令也支持這三種類型的卡，因此對MM32中的SDIO接口進(jìn)行初始化后，上電后就要對接入的卡進(jìn)行檢測、分類，這個過程是通過向卡發(fā)送一系列不同的命令，根據(jù)卡不同的響應(yīng)來進(jìn)行分類。

本實(shí)驗(yàn)使用MM32F3270的SDIO對SD卡進(jìn)行讀寫測試，首先填充一個塊大小的存儲器，通過寫入操作把數(shù)據(jù)寫入到 SD卡內(nèi)，然后通過讀取操作讀取數(shù)據(jù)到另外的存儲器，然后再對比存儲器內(nèi)容，判斷讀寫操作是否正確。

實(shí)現(xiàn)的大概流程包括：初始化SDIO 外設(shè)以及GPIO，配置 SDIO 基本通信環(huán)境進(jìn)入卡識別模式，通過命令處理后獲取卡信息及狀態(tài)。如果是SD卡正常則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，接下來就可以進(jìn)行讀、寫以及擦除操作，否則打印SD卡錯誤信息，不再進(jìn)行后續(xù)操作。

硬件設(shè)計

實(shí)驗(yàn)使用MB-039開發(fā)板，主控芯片為MM32F3277G9P，如圖是MB-039開發(fā)板的SDIO/TF卡接口部分，完整原理圖可以通過官網(wǎng)下載。

各個信號引腳對應(yīng)如下：

程序設(shè)計

根據(jù) SD 卡識別過程和數(shù)據(jù)傳輸過程理解 SD 卡驅(qū)動函數(shù)代碼。這部分代碼內(nèi)容也較多，在本文中只對部分核心函數(shù)介紹其功能，詳細(xì)代碼可到靈動官網(wǎng)下載參考。

SPIO配置初始化

void SDIO_ConfigInit(void)
{
    SDIO_InitTypeDef SDIO_InitStruct;

    SDIO_PIN_GPIO_Config();
    SDIO_Detect_Pin_Config();

    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_SDIO, ENABLE);
    SDIO_DeInit();
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_SDIO, DISABLE);
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_SDIO, ENABLE);

    SDIO_ClockSet(0x2F);
    SDIO_StructInit( SDIO_InitStruct);

    SDIO_InitStruct.SDIO_OPMSel = SDIO_MMC_CTRL_OPMSel;
    SDIO_InitStruct.SDIO_SelPTSM = SDIO_MMC_CTRL_SelSM;
    SDIO_InitStruct.SDIO_DATWT = SDIO_MMC_CTRL_DATWT;
    SDIO_Init( SDIO_InitStruct);

    SDIO_CRCConfig(SDIO_MMC_CRCCTL_CMD_CRCEN | SDIO_MMC_CRCCTL_DAT_CRCEN, ENABLE);
}
void show_sdcard_info(void)
{
    switch(SDCardInfo.CardType) {
        case SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V1_1:
            printf("Card Type:SDSC V1.1rn");
            break;
        case SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V2_0:
            printf("Card Type:SDSC V2.0rn");
            break;
        case SDIO_HIGH_CAPACITY_SD_CARD:
            printf("Card Type:SDHC V2.0rn");
            break;
        case SDIO_MULTIMEDIA_CARD:
            printf("Card Type:MMC Cardrn");
            break;
    }
    printf("Card ManufacturerID:%drn", SDCardInfo.SD_cid.ManufacturerID); //The manufacturer ID
    printf("Card RCA:%drn", SDCardInfo.RCA);                          //Card relative address
    printf("Card Capacity:%d MBrn", (u32)(SDCardInfo.CardCapacity >> 20));
    printf("Card BlockSize:%drnrn", SDCardInfo.CardBlockSize);
}

SD卡的初始化主要進(jìn)行卡識別和卡狀態(tài)獲取，定義SD_Init()如下：

SD_Error SD_Init(void)
{
    u32 clk;
    RCC_ClocksTypeDef bclk;
    u32 targetFreq;
    __IO SD_Error errorstatus = SD_OK;
    u8 clkdiv = 0;
    INTX_DISABLE();


    errorstatus = SD_PowerON();                 //SD Power On
    if (errorstatus != SD_OK) {
        return errorstatus;
    }
    errorstatus = SD_InitializeCards();         //Initialize SD Card
    if (errorstatus != SD_OK) {
        return errorstatus;
    }
    errorstatus = SD_GetCardInfo( SDCardInfo);  //Get card information
    if (errorstatus != SD_OK) {
        return errorstatus;
    }
    errorstatus = SD_SelectDeselect((u32)(SDCardInfo.RCA << 16)); //Select the SD card
    if (errorstatus != SD_OK) {
        return errorstatus;
    }
    errorstatus = SD_EnableWideBusOperation(1); //4 bit width, if it is an MMC card, you cannot use 4 bit mode
    if ((errorstatus != SD_OK)) {
        if( (SDIO_MULTIMEDIA_CARD == CardType)) {
            if (SDCardInfo.CardType == SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V1_1 || SDCardInfo.CardType == SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V2_0) {
                clkdiv = 0; //V1.1/V2.0 card with the maximum setting of 48/4=12Mhz
            }
            else {
                clkdiv = 1; //For other cards such as SDHC, the maximum setting is 48/2=24Mhz
            }
            if(clkdiv != 0) {
                targetFreq = 24000000;

            }
            else {
                targetFreq = 12000000;
            }
            RCC_GetClocksFreq( bclk);
            clk = (bclk.HCLK_Frequency / 2 / 2 / targetFreq - 1);
            SDIO_ClockSet(clk);

        }
        else {
            __NOP();
        }
    }
    else {
        if (SDCardInfo.CardType == SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V1_1 || SDCardInfo.CardType == SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V2_0) {
            clkdiv = 0;
        }
        else {
            clkdiv = 1;
        }
        if(clkdiv != 0) {
            targetFreq = 24000000;

        }
        else {
            targetFreq = 12000000;
        }
        RCC_GetClocksFreq( bclk);
        clk = (bclk.HCLK_Frequency / 2 / 2 / targetFreq - 1);
        SDIO_ClockSet(clk);

    }
    INTX_ENABLE();
    return errorstatus;
}

1) SD_PowerON()函數(shù)用于查詢卡的工作電壓和時鐘控制配置，并返回 SD_Error 類型錯誤，該函數(shù)是整個 SD 識別的關(guān)鍵函數(shù)。

2) SD_InitializeCards()函數(shù)初始化SD卡，并將其置入就緒狀態(tài)；

3) SD_GetCardInfo()函數(shù)獲取SD卡的信息；

4) SD_SelectDeselect()選擇SD卡，發(fā)送CMD7命令，選擇具有相對地址(RCA)的卡作為ADDR；

5) SD_EnableWideBusOperation()配置SDIO數(shù)據(jù)寬度；

6) SDIO_ClockSet()配置SDIO的時鐘頻率。

獲取SD卡信息及數(shù)據(jù)的函數(shù)定義如下：

void read_sd_card_info(void)
{
    u16 i = 5;
    SD_Error result;
    u32 sd_size;

    SDIO_ConfigInit();
    printf("SDCARD TESTrn");
    while(1) {

        result = SD_Init();

        if(result == SD_OK) {
            break;
        }
        printf("SD Card Error!rn");

        DELAY_Ms(1);
    }
    show_sdcard_info();
    i = 5;
    while(i--) {
        if(SD_ReadDisk( vbuf[0], 0, 1) == 0) { 
            printf("UART Sending Data...rn");
            printf("SECTOR 0 DATA:rn"); 
            for(sd_size = 0; sd_size < 512; sd_size++) {
                printf("%02x ", vbuf[sd_size]);  
            }
            printf("rnDATA ENDEDrn");
            printf("UART Send Data Over!rn");
        }
        DELAY_Ms(50);
    }
}

實(shí)驗(yàn)演示

在MB-039開發(fā)板的SDIO/TF卡槽插入SD卡，運(yùn)行程序，串口調(diào)試助手顯示如下：

如果SD卡可用，串口調(diào)試助手會打印SD卡的信息，包括卡類型、生產(chǎn)ID、RCA、容量和塊大小，接著打印扇區(qū)0的數(shù)據(jù)，會連續(xù)打印5次該部分內(nèi)容。

本次實(shí)驗(yàn)的例程可以通過MindMotion的官網(wǎng)下載MM32F3270 lib_Samples：

工程路徑如下：

~MM32F327x_Samples LibSamplesSDIOSDIO_ReadSDCardInfo

可以看到詳細(xì)的樣例與功能操作。

來源：靈動MM32MCU

審核編輯：湯梓紅