STM32的SDIO控制SD卡

　　一、STM32的SDIO適配器的結(jié)構(gòu)

　　STM32的SDIO適配器包括與AHB總線接口和SD卡接口兩個(gè)大塊兒。如下面圖中兩個(gè)灰色陰影區(qū)域。

　　左側(cè)的陰影部分又細(xì)分兩個(gè)子單無，適配器寄存器組和FIFO。適配器寄存器組包含了所有SDIO所有的寄存器，這些寄存器用于配置一些參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)一些SD協(xié)議中的時(shí)序，最終于實(shí)現(xiàn)SD卡的命令傳輸。FIFO則是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，這兩者部分分別代表者對(duì)SD卡的兩種傳輸操作，即命令的傳輸和數(shù)據(jù)的傳輸。

　　右側(cè)的陰影部分，即SDIO適配器的SD卡接口大塊兒，又細(xì)分為三個(gè)子單元。控制單元（Control Unit），命令通道和數(shù)據(jù)通道（Command Path and Data Path）。控制單元主要實(shí)現(xiàn)電源和時(shí)鐘的控制。它根據(jù)適配器寄存器組中寄存器的配置，開啟和關(guān)閉SDIO適配器模塊的電源，改變工作的時(shí)鐘源（直接使用 SDIO＿CLK還是其分頻后的時(shí)鐘等）。命令通道連接CMD線，控制命令的傳輸。數(shù)據(jù)通道連接數(shù)據(jù)線（DAT0～DAT7），控制數(shù)據(jù)的傳輸。

　　二、分單元詳述

　　下面按照上面一章提到的五個(gè)子單元的劃分，對(duì)各子單元進(jìn)行詳細(xì)的描述。

　　1、適配器寄存器組

　　The adapter register block contains all system registers. This block also generates the signals that clear the static flags in the multimedia card. The clear signals are generated when 1 is written into the corresponding bit location in the SDIO Clear register.

　　這個(gè)STM32數(shù)據(jù)手冊(cè)上關(guān)于這一部分的全部描述，大體上就是說：適配器寄存器組包含了所有的系統(tǒng)寄存器。它還產(chǎn)生用于清除MMC卡的靜態(tài)標(biāo)志位的信號(hào)。當(dāng)向SDIO Clear register（清除寄存器）的對(duì)應(yīng)位寫1，即產(chǎn)生這個(gè)信號(hào)。

　　2、控制單元

　　這一單元又在內(nèi)部分為電源管理和時(shí)鐘管理兩個(gè)子單元，他們都受控制適配器寄存器組。時(shí)鐘管理子單元產(chǎn)生和控制時(shí)鐘信號(hào)SDIO＿CK，也就是SD卡最絡(luò)接收到的SCK。時(shí)鐘管理子單元工作于兩種模式時(shí)鐘分頻模式和時(shí)鐘直通模式（Bypass，標(biāo)準(zhǔn)的翻譯不知是什么，似乎可以是“旁路”，但“直通”更容易理解些）。當(dāng)工作在直通模式進(jìn)，SDIO_CK==SDIO_CLK.工作于分頻模塊時(shí)，SDIO_CK==SDIO_CLK/div.

　　在如下情形下，時(shí)鐘是不輸出時(shí)鐘信號(hào)的：

　　復(fù)位后

　　上電和掉電期間

　　省電模式下總線處于空閑模式時(shí)

　　電源管理子單元在上電和掉電時(shí)關(guān)繼時(shí)適配器的輸出信號(hào)。

　　3、命令通道

　　命令通道向卡發(fā)送命令和接收回應(yīng)。

　　如圖所示，圖上左側(cè)陰影部分是屬于適配器寄存器組子單元里的兩個(gè)寄存器，分別為SDIO_ARG和SDIO_CMD，后者用于添加想要發(fā)送的命令，前者用于添加所要發(fā)送的命令的參數(shù)，將兩個(gè)添好之后使能命令發(fā)送，命令就會(huì)自動(dòng)發(fā)送出去。適配器上述兩個(gè)寄存器的內(nèi)容進(jìn)行組合，并最終形成48位長(zhǎng)的命令，這48 位首先進(jìn)入移位寄存器，即圖中的Shift register，在這里由并轉(zhuǎn)串一位一位的發(fā)送，由圖可見，這些位要經(jīng)過CRC后，才發(fā)送出去。實(shí)際上，前面講的總位數(shù)并非48，在這里經(jīng)過CRC，生成那些位的CRC較驗(yàn)值，并追加到其尾部，最絡(luò)才是48位。命令分為有回應(yīng)的和沒有回應(yīng)的兩種。如果發(fā)送的是沒有回應(yīng)的命令，發(fā)送之后會(huì)對(duì)標(biāo)志位中的相送位置位，通知系統(tǒng)，命令發(fā)送正常，然后進(jìn)入空閉狀態(tài)。如果發(fā)送的命令是有回應(yīng)的命令，則要等待回應(yīng)。接收到回應(yīng)之后，會(huì)對(duì)回應(yīng)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，并設(shè)定相關(guān)位。下面是命令通道的狀態(tài)機(jī)：

　　進(jìn)入等待狀態(tài)后，命令時(shí)鐘（command timer）開始計(jì)時(shí)，如果到達(dá)超時(shí)時(shí)間CPSM狀態(tài)機(jī)還沒移動(dòng)到接收狀態(tài)，則置位超時(shí)標(biāo)志并進(jìn)入空閑狀態(tài)。

　　注意：命令超時(shí)時(shí)間是固定值，為64個(gè)SDIO_CK。

　　如果在命令寄存器中設(shè)置了中斷位（interrupt bit），就不會(huì)啟用上面講到的超時(shí)時(shí)鐘，CPSM狀態(tài)機(jī)會(huì)一直等待來自卡的中斷請(qǐng)求。如果在命令寄存器中置位了懸停位（pending bit），CPSM狀態(tài)機(jī)會(huì)進(jìn)入懸停狀態(tài)（所謂的掛起狀態(tài)），并等待來自數(shù)據(jù)通道子單元的CmdPend信號(hào)。檢測(cè)到CmdPend位以為，CPSM狀態(tài)機(jī)會(huì)移動(dòng)到發(fā)送狀態(tài)（Send state），這將使數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器停止命令的傳輸。

　　注意：CPSM會(huì)在空閑模式停留至少8個(gè)SDIO＿CK時(shí)間，以滿足Ncc和Nrc的時(shí)間要求。Ncc時(shí)兩次主機(jī)命令傳輸?shù)淖钚⊙舆t，而Nrc時(shí)主機(jī)命令與卡的回應(yīng)之間的最小延遲。如下圖：

　　命令的格式：

　　命令即是開始傳輸?shù)囊粋€(gè)標(biāo)記。命令由主機(jī)發(fā)送給單個(gè)卡（尋址性命令）或是所有的卡（廣播性命令，MMC V3.31及更早的MMC卡標(biāo)準(zhǔn)中支持）。命令通過CMD信號(hào)線串行傳輸，所有的命令都有一個(gè)固定的長(zhǎng)度，即48位。命令的格式如下圖：

　　命令通道工作于半雙工模式，所以可以發(fā)送，也可以接收命令或回應(yīng)。如果CPSM狀態(tài)機(jī)不在發(fā)送狀態(tài)（Send State），SDIO＿CMD為高阻狀態(tài)（Hi-Z state），如下圖：

　　SDIO_CMD在SDIO_CK的上升沿進(jìn)行同步。

　　回應(yīng)：

　　回應(yīng)是由被尋址的卡發(fā)出的一個(gè)標(biāo)記（或是在MMC V3.31及以前標(biāo)準(zhǔn)中，所有連接在適配器上的卡同步發(fā)送），此標(biāo)記由卡發(fā)給主機(jī)，是對(duì)剛剛接收到的命令的回答。回應(yīng)是在CMD信號(hào)線上串行傳輸?shù)摹?/p>

　　SDIO支持兩種回應(yīng)類型，都是進(jìn)行CRC校驗(yàn)的：

　　48位的短回應(yīng)（short response）

　　136位的長(zhǎng)回應(yīng)（long response）

　　注意：如果回應(yīng)不包含CRC校驗(yàn)信息（如CMD1的回應(yīng)），設(shè)備驅(qū)動(dòng)就必須忽略CRC錯(cuò)誤的狀態(tài)。

　　下面兩張表是兩種回應(yīng)的格式：

　　前面講到，SDIO適配器包含兩個(gè)大塊兒，詳見本帖開頭，這里只拿出圖來：

　其中，與AHB接口相連的有兩個(gè)塊兒，就是上圖中左側(cè)陰影部分，Adapter registers 和FIFO，即適配器寄存器組和數(shù)據(jù)FIFO。前者包含了適配器所有的寄存器，用于配置相應(yīng)時(shí)序，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)。

　　這里面，用于控制命令通道產(chǎn)生命令時(shí)序的就有兩個(gè)寄存器，名為SDIO_ARG和SDIO_CMD，SDIO_ARG的三十二位全部用來存儲(chǔ)命令參數(shù)，也就沒什么好講的了。SDIO_CMD則不同，它有六個(gè)位，用來識(shí)別不同的命令，總共可以區(qū)別64個(gè)，但實(shí)際上SD卡的命令集沒有那么多。 SDIO_CMD還有一些位，用來表示些命令時(shí)否有回應(yīng)，是長(zhǎng)回應(yīng)還是短回應(yīng)，命令的類型是什么等等。適配器最終根據(jù)這些，加上CRC組合成一個(gè)48位的命令。

　　另外，我們還提到過命令發(fā)送之后，如果這是一個(gè)沒有回應(yīng)的命令，那么就很簡(jiǎn)單，命令通道直接置位CMDSENT標(biāo)志，或進(jìn)入空閑狀態(tài)。如果是有回應(yīng)的，則要等待回應(yīng)，并設(shè)定相關(guān)的標(biāo)志位。命令通道的相關(guān)標(biāo)志位如下：

　　CRC 產(chǎn)生器計(jì)算的是CRC碼前面的所有位的校驗(yàn)和。這包括開始位，傳輸位，命令索引（command index）和命令參數(shù)（和卡狀態(tài)）。對(duì)長(zhǎng)回應(yīng)格式來說，CRC校驗(yàn)和計(jì)算的是CID或CSD的前120位。這里不包括開始位，傳輸位和六個(gè)保留位。 CRC是一個(gè)7位的值，其計(jì)算方法如下：