20.1 概述

SD卡是嵌入式系統(tǒng)中最常見的存儲(chǔ)器，不僅容量可以做的很大，并且接口通用，支持SPI/SDIO驅(qū)動(dòng)，尺寸可供選擇，能滿足不同應(yīng)用的要求。STM32F1系列自帶了標(biāo)準(zhǔn)的4位SDIO接口，最高通信速度可達(dá)24MHz，最高每秒能傳輸12M字節(jié)的數(shù)據(jù)。

20.1.1 SDIO框圖

STM32F1的SDIO控制器包括2部分，SDIO適配器模塊和AHB總線接口，功能框圖如下圖所示。

其中SDIO適配器模塊主要用于實(shí)現(xiàn)所有MMC/SD卡的相關(guān)功能，如時(shí)鐘的產(chǎn)生，命令和數(shù)據(jù)的傳輸，AHB總線接口則用于操作SDIO適配器模塊中的寄存器并產(chǎn)生中斷和DMA請(qǐng)求信號(hào)。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。

如果一個(gè)多媒體卡接到了總線上，則SDIO_D0、SDIO_D[3:0]或SDIO_D[7:0]可以用于數(shù)據(jù)傳輸。MMC版本V3.31和之前版本的協(xié)議只支持1位數(shù)據(jù)線，所以只能用SDIO_D0（為了通用性考慮，在程序里面我們只要檢測(cè)到是MMC卡就設(shè)置為1位總線數(shù)據(jù)）。

如果一個(gè)SD卡接到了總線上，可以通過(guò)主機(jī)配置數(shù)據(jù)傳輸使用SDIO_D0或SDIO_D[3:0]。所有的數(shù)據(jù)線都工作在推挽模式。

SDIO_CMD有兩種操作模式：

（1）用于初始化時(shí)的開路模式（僅用于MMC版本V3.31或之前版本）

（2）用于命令傳輸?shù)耐仆炷Ｊ剑⊿D卡和MMCV4.2在初始化時(shí)也使用推挽驅(qū)動(dòng)）

20.1.2 SDIO時(shí)鐘

從SDIO框圖我們可以看到SDIO總共有3個(gè)時(shí)鐘，分別是：

（1）卡時(shí)鐘SDIO_CK：每個(gè)時(shí)鐘周期在命令和數(shù)據(jù)線上傳輸1位命令或數(shù)據(jù)。對(duì)于多媒體卡V3.31協(xié)議，時(shí)鐘頻率可以在0MHz至20MHz間變化；對(duì)于多媒體卡V4.0/4.2協(xié)議，時(shí)鐘頻率可以在0MHz至48MHz間變化；對(duì)于SD卡，時(shí)鐘頻率可以在0MHz至25MHz間變化。

（2）SDIO適配器時(shí)鐘SDIOCLK：該時(shí)鐘用于驅(qū)動(dòng)SDIO適配器，其頻率等于AHB總線頻率HCLK，并用于產(chǎn)生SDIO_CK時(shí)鐘

（3）AHB總線接口時(shí)鐘HCLK/2：該時(shí)鐘用于驅(qū)動(dòng)SDIO的AHB總線接口，其頻率為HCLK/2。

我們的SD卡時(shí)鐘SDIO_CK，根據(jù)卡的不同，可能有好幾個(gè)區(qū)間，這就涉及到時(shí)鐘頻率的設(shè)置，SDIO_CK與SDIOCLK的關(guān)系為：

SDIO_CK=SDIOCLK/(2+CLKDIV)

其中，SDIOCLK為HCLK，一般是72MHz，而CLKDIV則是分配系數(shù)，可以通過(guò)SDIO的SDIO_CLKCR寄存器進(jìn)行設(shè)置，確保SDIO_CK不超過(guò)卡的最大操作頻率。

注：在SD卡剛剛初始化的時(shí)候，其時(shí)鐘頻率SDIO_CK不能超過(guò)400KHz，否則可能無(wú)法完成初始化。在初始化以后，就可以設(shè)置時(shí)鐘頻率到最大了，但不可超過(guò)SD卡的最大操作時(shí)鐘頻率。

20.1.3 SDIO的命令與響應(yīng)

SDIO的命令分為應(yīng)用相關(guān)命令ACMD和通用命令CMD兩部分，應(yīng)用相關(guān)命令A(yù)CMD的發(fā)送，必須先發(fā)送通用命令CMD55，然后才能發(fā)送應(yīng)用相關(guān)命令A(yù)CMD。SDIO的所有命令和響應(yīng)都是通過(guò)SDIO_CMD引腳傳輸?shù)?，任何命令的長(zhǎng)度都是固定為48位，SDIO的命令格式如下表所示。

所有的命令都是由STM32F1發(fā)出，其中開始位、傳輸位、CRC7和結(jié)束位由SDIO硬件控制，我們需要設(shè)置的就只有命令索引和參數(shù)部分。其中命令索引在SDIO_CMD寄存器里面設(shè)置，命令參數(shù)則由寄存器SDIO_ARG設(shè)置。一般情況下，選中的SD卡在接收到命令之后，都會(huì)回復(fù)一個(gè)應(yīng)答（但是CMD0無(wú)應(yīng)答），這個(gè)應(yīng)答我們稱之為響應(yīng)，響應(yīng)也是在CMD線上串行傳輸?shù)?。STM32F1的SDIO控制器支持2種響應(yīng)類型，48位的短響應(yīng)和136位的長(zhǎng)響應(yīng)，這兩種響應(yīng)類型都帶CRC錯(cuò)誤檢測(cè)，不帶CRC的響應(yīng)應(yīng)該忽略CRC錯(cuò)誤標(biāo)志，如CMD1的響應(yīng)。

短響應(yīng)的格式如下表所示。

長(zhǎng)響應(yīng)的格式如下表所示。

硬件為我們?yōu)V除了開始位、傳輸位、CRC7以及結(jié)束位等信息，對(duì)于短響應(yīng)，命令索引存放在SDIO_RESPCMD寄存器，參數(shù)則存放在SDIO_RESP1寄存器里面。對(duì)于長(zhǎng)響應(yīng)，則僅留CID/CSD位域，存放在SDIO_RESP1到SDIO_RESP4等4個(gè)寄存器。SD卡總共有5類響應(yīng)（R1、R2、R3、R6、R7），這里以R1為例簡(jiǎn)單介紹一下。R1（普通響應(yīng)命令）響應(yīng)屬于短響應(yīng)，其長(zhǎng)度為48位，R1響應(yīng)的格式如下表所示。

在收到R1響應(yīng)后，我們可以從SDIO_RESPCMD寄存器和SDIO_RESP1寄存器分別讀出命令索引和卡狀態(tài)信息。

20.1.4 數(shù)據(jù)塊讀操作

對(duì)于SD卡，數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)塊的形式傳輸?shù)?，我們常用的卡就是SD卡，所以不考慮MMC形式的讀寫操作，因?yàn)镸MC卡數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊或者數(shù)據(jù)流的形式傳輸。

從機(jī)在收到主機(jī)相關(guān)命令后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)塊給主機(jī)，所有數(shù)據(jù)塊都帶有CRC校驗(yàn)值，CRC由SDIO硬件自動(dòng)處理，單個(gè)數(shù)據(jù)塊讀的時(shí)候，在收到1個(gè)數(shù)據(jù)塊以后即可以停止了，不需要發(fā)送停止命令CMD12。但是多塊數(shù)據(jù)讀的時(shí)候，SD卡將一直發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)，直到接到主機(jī)發(fā)送的STOP命令CMD12。

SDIO多數(shù)據(jù)塊的讀操作如下圖所示。

20.1.5 數(shù)據(jù)塊寫操作

數(shù)據(jù)塊寫操作同數(shù)據(jù)塊讀操作基本類似，只是數(shù)據(jù)塊寫的時(shí)候，多了一個(gè)忙判斷，新的數(shù)據(jù)塊必須在SD卡非忙的時(shí)候發(fā)送。這里的忙信號(hào)由SD卡拉低SDIO_D0，以表示忙，SDIO硬件自動(dòng)控制，不需要我們軟件處理。

20.2 SDIO相關(guān)寄存器

20.2.1 SDIO電源控制寄存器：SDIO_POWER

Bit 1~Bit 0：電源控制位

00：電源關(guān)閉，卡的時(shí)鐘停止

01：保留

10：保留的上電狀態(tài)

11：上電狀態(tài)，卡的時(shí)鐘開啟

20.2.2 SDIO時(shí)鐘控制寄存器：SDIO_CLKCR

Bit 14：硬件流控制使能

0：關(guān)閉硬件流控制

1：使能硬件流控制

Bit 13：SDIO_CK相位選擇位

0：在主時(shí)鐘SDIOCLK的上升沿產(chǎn)生SDIO_CK

1：在主時(shí)鐘SDIOCLK的下降沿產(chǎn)生SDIO_CK

Bit 12~Bit 11：寬總線模式使能位

00：默認(rèn)總線模式，使用SDIO_D0

01：4位總線模式，使用SDIO_D[3:0]

10：8位總線模式，使用SDIO_D[7:0]

Bit 10：旁路時(shí)鐘分頻器

0：關(guān)閉旁路：驅(qū)動(dòng)SDIO_CK輸出信號(hào)之前，依據(jù)CLKDIV數(shù)值對(duì)SDIOCLK分頻

1：使能旁路：SDIOCLK直接驅(qū)動(dòng)SDIO_CK輸出信號(hào)

Bit 9：省電配置位（為了省電，當(dāng)總線為空閑時(shí)，設(shè)置PWRSAV位可以關(guān)閉SDIO_CK時(shí)鐘輸出）

0：始終輸出SDIO_CK

1：僅在有總線活動(dòng)時(shí)才輸出SDIO_CK

Bit 8：時(shí)鐘使能位

0：SDIO_CK關(guān)閉

1：SDIO_CK使能

Bit 7~Bit 0：時(shí)鐘分頻系數(shù)

這個(gè)域定義了輸入時(shí)鐘(SDIOCLK)與輸出時(shí)鐘(SDIO_CK)間的分頻系數(shù)：SDIO_CK頻率=SDIOCLK/[CLKDIV+2]

20.2.3 SDIO參數(shù)寄存器：SDIO_ARG

Bit 31~Bit 0：命令參數(shù)

屬于發(fā)送到卡中命令的一部分，如果一個(gè)命令包含一個(gè)參數(shù)，必須在寫命令到命令寄存器之前加載這個(gè)寄存器

20.2.4 SDIO命令響應(yīng)寄存器：SDIO_RESPCMD

Bit 5~Bit 0：響應(yīng)的命令索引

只讀位，包含最后收到的命令響應(yīng)中的命令索引

20.2.5 SDIO相應(yīng)寄存器組：SDIO_RESP1~SDIO_RESP4

注：總是先收到卡狀態(tài)的最高位，SDIO_RESP3寄存器的最低位始終為0。