STM32(二十一)SDIO-SD卡读写测试

一、SDIO介绍

　　SD卡(Secure Digital Memory Card)在我们生活中已经非常普遍了，控制器对SD卡进行读写通信操作一般有两种通信接口可选，一种是SPI 接口，另外一种就是SDIO接口。

　　SDIO全称是安全数字输入/输出接口，多媒体卡(MMC)、SD卡、SD I/O卡都有SDIO接口。STM32F10x系列控制器有一个SDIO主机接口，它可以与MMC卡、SD卡、SD I/O卡以及CE-ATA设备进行数据传输。MMC卡可以说是SD卡的前身，现阶段已经用得很少。SDI/O卡本身不是用于存储的卡，它是指利用SDIO传输协议的一-种外设。比如Wi-Fi Card,它主要是提供Wi-Fi功能，有些Wi-Fi模块是使用串口或者SPI接口进行通信的，但Wi-FiSDIO Card是使用SDIO接口进行通信的。并且一般设计SD I/O卡是可以插入到SD的插槽。CE-ATA是专为轻薄笔记本硬盘设计的硬盘高速通讯接口。

二、SD卡物理结构

　　SD卡总共有8个寄存器，用于设定或表示SD卡信息，参考表36-1。这些寄存器只能通过对应的命令访问，对SD卡进行控制操作并不是像操作控制器GPIO相关寄存器那样一次读写一个寄存器的，它是通过命令来控制，SDIO 定义了64个命令，每个命令都有特殊意义，可以实现某一特定功能，SD卡接收到命令后，根据命令要求对SD卡内部寄存器进行修改，程序控制中只需要发送组合命令就可以实现SD卡的控制以及读写操作。

SD卡使用9-pin 接口通信，其中3根电源线、1 根时钟线、1 根命令线和4根数据线, .
具体说明如”下:

CLK:时钟线，由SDIO主机产生，即由STM32控制器输出;
CMD:命令控制线，SDIO主机通过该线发送命令控制SD卡，如果命令要求SD卡提供应答(响应)，SD卡也是通过该线传输应答信息;
D0-3: 数据线，传输读写数据; SD卡可将D0拉低表示忙状态;
V_DD、V_SS1、 V_SS2: 电源和地信号。

　　SDIO 不管是从主机控制器向SD卡传输，还是SD卡向主机控制器传输都只以CLK时钟线的上升沿为有效。SD卡操作过程会使用两种不同频率的时钟同步数据，一个是识别卡阶段时钟频率FOD，最高为400kHz，另外一个是数据传输模式下时钟频率FPP，默认最高为25MHz，如果通过相关寄存器配置使SDIO工作在高速模式，此时数据传输模式最高频率为50MHz。

三、总线协议

SD总线通信是基于命令和数据传输的。通讯由一个起始位(“0”)，由一个停止位(“1”)终止。SD通信一般是主机发送一个命令(Command)，从设备在接收到命令后作出响

应(Response)，如有需要会有数据(Data)传输参与。
　　SD总线的基本交互是命令与响应交互，见图36-4。

SD数据是以块(Black)形式传输的，SDHC 卡数据块长度一般为512字节，数据可以从主机到卡，也可以是从卡到主机。数据块需要CRC位来保证数据传输成功。CRC位由SD卡系统硬件生成。STM32控制器可以控制使用单线或4线传输，本开发板设计使用4线传输。

　　图36-5为主机向SD卡写入数据块操作示意。

　　 SD数据传输支持单块和多块读写，它们分别对应不同的操作命令，多块写入还需要使用命令来停止整个写入操作。数据写入前需要检测SD卡忙状态，因为SD卡在接收到数据编程到存储区过程需要一定操作时间。SD卡忙状态通过把D0线拉低表示。数据块读操作与之类似，只是无需忙状态检测。

四、SD卡的操作模式

　　SD卡系统(包括主机和SD卡)定义了两种操作模式:卡识别模式和数据传输模式。在系统复位后，主机处于卡识别模式，寻找总线上可用的SDIO设备;同时，SD卡也处于卡识别模式，直到被主机识别到，即当SD卡接收到SEND_ RCA(CMD3)命令后，SD卡就会进入数据传输模式，而主机在总线上所有卡被识别后也进入数据传输模式。在每个操作模式下，SD卡都有几种状态，参考表36-4,通过命令控制实现卡状态的切换。

1、卡识别过程

主机会复位所有处于“卡识别模式”的SD卡，确认其工作电压范围。
识别SD卡类型，并且获取SD卡的相对地址(卡相对地址较短，便于寻址)。
在卡识别过程中，要求SD卡工作在识别时钟频率FOD的状态下。

卡识别模式下SD卡状态转换如图36-9。

2、数据传输过程

只有SD卡系统处于数据传输模式下才可以进行数据读写操作。数据传输模式下可以将主机SD时钟频率设置为FPP，默认最高为25MHz，频率切换可以通过CMD4命令来实现。

数据传输模式下，SD卡状态转换过程见图36-10。

五、SDIO功能框图

SDIO使用两个时钟信号，一个是SDIO适配器时钟(SDIOCLK=HCLK=72MHz)，另外一个是AHB总线时钟的二分频(HCLK/2，一般为36MHz)。
适配器寄存器和FIFO 使用.AHB总线一侧的时钟(HCLK/2)。
控制单元、命令通道和数据通道使用SDIO适配器一侧的时钟(SDIOCLK)。.

SDIO_ CK是SDIO 接口与SD卡用于同步的时钟信号。它使用SDIOCLK 作为SDIO_ CK的时钟来源，可以通过设置BYPASS 模式直接得到，这时SDIO CK =SDIOCLK=HCLK。若禁止BYPASS模式，可以通过配置时钟寄存器的CLKDIV位控制分频因子，即SDIO_ CK=SDIOCLK/ (2+CLKDIV) = HCLK/ (2+CLKDIV)。配置时钟时要注意，SD卡普遍要求SDIO_CK时钟频率不能超过25MHz。STM32控制器的SDIO是针对MMC卡和SD卡的主设备，所以预留有8根数据线,对于SD卡最多用四根数据线。