五、SD卡物理層協(xié)議

　　SD卡的協(xié)議相對于SPI、I2C等協(xié)議的存儲器來說相對復雜，包含SD卡物理層（機械封裝、管腳、芯片結(jié)構(gòu)、命令集等）、SD卡接口（SDIO）、SD主機控制器，甚至是軟件設計的流程，都進行了詳細的規(guī)定。

1、接口

① SDIO接口

　　參考《Simplified_SDIO_Card_Spec.pdf》

<1> CLK 時鐘同步線

<2> CMD 命令信號線，主機發(fā)出的命令以及從機對命令的響應都是通過這條線進行傳輸

<3> DAT[3:0] 表示4條數(shù)據(jù)線，主機和從機的數(shù)據(jù)都是從這四條數(shù)據(jù)線上傳輸

② SPI接口

2、命令格式

3、響應格式

　　以R1為例

4、SD卡的工作狀態(tài)

5、SD卡的兩種狀態(tài)信息

① Card Status

　　執(zhí)行命令過程中的狀態(tài)信息，比如地址不對齊錯誤、塊長度錯誤、卡鎖、ECC校驗錯誤等等

② SD Status

　　SD卡的專有特征，編程中不經(jīng)常涉及。這個狀態(tài)值有512位，不是通過命令線傳送給主機，而是通過數(shù)據(jù)線。

六、STM32與SD卡相配的外設--SDIO適配器

 1、SDIO adapter 結(jié)構(gòu)圖

2、命令狀態(tài)機（CPSM)

　　當發(fā)送命令和接收響應時，啟動CPSM狀態(tài)機。

3、數(shù)據(jù)通道狀態(tài)機

　　當傳輸數(shù)據(jù)時，啟動數(shù)據(jù)通道狀態(tài)機。

4、FIFO

　　有關FIFO的資料參考：異步FIFO的FPGA實現(xiàn)

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

　　FIFO包含一個每字32位寬、共32個字的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，和發(fā)送與接收電路。因為數(shù)據(jù)FIFO工作在AHB 時鐘區(qū)域(HCLK/2)，所有與SDIO時鐘區(qū)域(SDIOCLK)連接的信號都進行了重新同步。依據(jù)TXACT和RXACT標志，可以關閉FIFO、使能發(fā)送或使能接收。TXACT和RXACT 由數(shù)據(jù)通道子單元設置而且是互斥的：

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

5、SDIO的特殊功能寄存器

• SDIO電源控制寄存器(SDIO_POWER)

• SDIO時鐘控制寄存器(SDIO_CLKCR) : 時鐘選擇、分頻

• SDIO參數(shù)寄存器(SDIO_ARG)

• SDIO命令寄存器(SDIO_CMD)：控制發(fā)送命令

• SDIO命令響應寄存器(SDIO_RESPCMD)：包含響應命令中的命令索引

• SDIO響應1..4寄存器(SDIO_RESPx)：包含響應命令中的卡狀態(tài)信息

• SDIO數(shù)據(jù)定時器寄存器(SDIO_DTIMER)

• SDIO數(shù)據(jù)長度寄存器(SDIO_DLEN)：讀或者寫的長度，通常是是512的倍數(shù)

• SDIO數(shù)據(jù)控制寄存器(SDIO_DCTRL)：控制數(shù)據(jù)的讀寫方向、使能傳輸?shù)刃畔?/p>

• SDIO數(shù)據(jù)計數(shù)器寄存器(SDIO_DCOUNT)：當DPSM狀態(tài)機從Idle state切換到Wait_R或者Wait_S狀態(tài)時，SDIO_LEN的數(shù)值加載到該寄存器中

• SDIO狀態(tài)寄存器(SDIO_STA)

• SDIO清除中斷寄存器(SDIO_ICR)

• SDIO中斷屏蔽寄存器(SDIO_MASK)

• SDIO FIFO計數(shù)器寄存器(SDIO_FIFOCNT)：當SDIO_DCTRL中的DTEN使能，并且DPSM處于Idle state時，SDIO_LEN/4的數(shù)值加載到該寄存器中

• SDIO數(shù)據(jù)FIFO寄存器(SDIO_FIFO)：讀寫數(shù)據(jù)緩沖FIFO

七、SD卡編程

　　SD卡的編程在STM32官方固件庫中就有例程，而且野火開發(fā)板對該例程進行了中文注釋，不必再把源碼貼入。這里著重講一下SD卡編程流程，主要包含SD卡初始化、SD卡讀、SD卡寫、SD卡擦除。

1、SD卡編程的內(nèi)容

　　SD卡主要就是用來存儲數(shù)據(jù)的，所以核心就是讀寫。為了實現(xiàn)這個目標，必須實現(xiàn)響應的驅(qū)動。

　　配置過程中，不僅要設置好SD控制器，還需要將SD卡設置到合適的狀態(tài)。在讀取狀態(tài)的時候，不僅涉及到SD控制器的狀態(tài)，還涉及到SD卡的狀態(tài)。

2、SD卡初始化

① STM32外設SDIO初始化

1. 端口配置、端口時鐘、SDIO時鐘、DMA2時鐘使能

2. SDIO寄存器復位

3. 設置時鐘SDIO_CK為400KHz以下，設置數(shù)據(jù)線寬度，開啟時鐘、開啟SDIO電源

② SD卡上電初始化

　　上電初始化流程如上圖所示，筆者認為官方庫提供的例程沒有完全按照這個流程圖的指示去做。事實上，官方庫的程序只做了如上圖紅色方框內(nèi)的流程，之外的沒涉及。

　　CMD0命令復位所有的卡。

　　SD協(xié)議規(guī)定：在初始化的時候，使用ACMD41之前，必須先使用CMD8命令。而且ACMD41命令屬于應用命令，在使用之前需要先發(fā)送命令CMD55。

　　CMD8命令是為了核查電源是否匹配。ACMD41命令不斷詢問SD卡是否支持主機提供的電壓，并且詢問SD卡是否上電完成進入準備狀態(tài)。ACMD41命令還能詢問SD卡的類型（SDSC、SDHC）。

③卡進一步核查、獲取卡信息

　　發(fā)送命令CMD2，以獲取CID信息。

　　發(fā)送命令CMD3，以獲取RCA相對地址，可以通過多次發(fā)送CMD3獲取不同的RCA值，但是只有最后一次的才是有效的RCA地址。

　　發(fā)送命令CMD9，以獲取CSD寄存器。

④ 設置SDIO工作在數(shù)據(jù)傳輸模式

　　設置SDIO的時鐘為24MHz、數(shù)據(jù)線寬度為4位。

　　通過SD_GetCardInfo函數(shù)將之前得到CID、CSD處理成卡的信息。

　　通過CMD7命令選擇匹配地址的卡，而取消選擇其他的卡。

　　至此，初始化完成。

3、讀SD卡的一個塊

• 　數(shù)據(jù)控制寄存器（SDIO_DCTRL）清零

• 　發(fā)送命令CMD16，設置SD卡的Block大小

• 　調(diào)用函數(shù)SDIO_DataConfig設置SDIO數(shù)據(jù)傳輸方式

• 　發(fā)送命令CMD17，讀單個塊

• 　SDIO數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束中斷使能

• 　SDIO的DMA傳輸功能使能

• 　DMA設置，并使能

4、寫SD卡的一個塊 

• 　數(shù)據(jù)控制寄存器（SDIO_DCTRL）清零

• 　發(fā)送命令CMD16，設置SD卡的Block大小

• 　發(fā)送命令CMD24，寫單個塊

• 　調(diào)用函數(shù)SDIO_DataConfig設置SDIO數(shù)據(jù)傳輸方式

• 　SDIO數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束中斷使能

• 　DMA設置，并使能

• 　使能SDIO的DMA傳輸功能