SD/MMC卡初始化及读写流程

二、MMC/SD卡的模型和工作原理 PIN脚、SD卡总线、SD卡结构、SD卡寄存器、上电过程 SD卡寄存器：

 OCR:操作电压寄存器: 只读，32位 第31位： 表示卡上电的状态位 

 CID: 卡身份识别寄存器 只读 128位 生产厂商、产品ID，生产日期和串号等 

 CSD： 部分可写 128位 卡的容量、擦出扇区大小、读写最大数据块的大小、读操作的电流、电压等等

 CSR: 卡配置寄存器 64位 数据位宽 

 RCA： 16位 相关的卡地址寄存器,卡识别过程中主控器和卡协商出来的一个地址 

 三、SD卡命令和响应格式 命令和相应格式 SD卡命令，命令类型，ACMD命令 响应类型、卡类型、卡状态转换表 命令的格式： 48位 起始位0 方向位（host to card: 1, card to host: 0） 内容 CRC7 结束位1· 

响应的格式：48位 或者136位 

卡命令： 命令的类型：

 bc: broadcast without Response 无响应的广播 

 bcr: broadcast with Response 有响应的广播 

 ac: Address(point-to-point) Command: 点对点，DATA0~DATA3数据线上无数据 

 adtc: Adress(point-to-point) Data Transfer Commands 点对点，DATA0~DATA3数据线上有数据

 

 CMD0, CMD2, CMD3, CMD55, ACMD41 命令可能会导致卡的状态发生变化 

 响应类型： R1,R1b, R2, R3,R6(SD2.0扩展了R7) 

 扩展内容： 

SPI工作模式： 要知道的特点：只支持一个卡，没有RCA，命令只是MMC/SD的基本的子集 

 SDHC:(支持2GB~32GB)：理解CMD8的作用，命令格式和响应,了解CSDV2.0寄存器做了扩展 　　SDIO WIFI： 增加CMD52， CMD53  

 

CMD8可以通过重新定义先前保留的位，来扩展一些已经存在的命令的新功能。ACMD41扩大到支持高容量SD记忆卡的初始化

 

上面介绍了一个控制寄存器等信息 

 

绿色表示sd和mmc的不同点

 

对于计算卡的容量 要注意

对于sd 卡 可以参考Simplified_Physical_Layer_Spec v2.0.pdf手册上面有

对于mmc  可以参考JESD84-A441.pdf 注意对于大卡的mmc 是通过发送8号命令 来获取ext_csd  中的212到215位置来得到的

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static void sd_init(void)
{
int retries;
u8 *resp;
unsigned int cardaddr;
/
resp = mmc_cmd(, , MSC_CMDAT_RESPONSE_R2, MSC_CMDAT_RESPONSE_R2);
//serial_puts("  SD carsd CID  =R2=  ");  serial_dump_data(resp, 15);
resp = mmc_cmd(, , MSC_CMDAT_RESPONSE_R1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1);
cardaddr = (resp[] << ) | resp[];  //发生3命令 来或者rca
rca = cardaddr << ;
//serial_puts("rca="); serial_puts_hex(rca);

resp = mmc_cmd(, rca, MSC_CMDAT_RESPONSE_R2, MSC_CMDAT_RESPONSE_R2);
sd2_0 = (resp[] & ;
//serial_puts("sd2_0====="); serial_puts_hex(sd2_0);
//serial_puts("  SD carsd CSD Register =R2= ");  serial_dump_data(resp, 16);

OUTREG16(A_MSC_CLKRT(), );
resp = mmc_cmd(, rca, MSC_CMDAT_BUSY | MSC_CMDAT_RESPONSE_R1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1);
resp = mmc_cmd(, rca, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1);
resp = mmc_cmd(, 0x2, MSC_CMDAT_BUS_WIDTH_4BIT | MSC_CMDAT_RESPONSE_R1|MSC_CMDAT_BUSY, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1);//应答类型R1b
//while(!(INREG16(A_MSC_STAT(0))&(1<<13)));//等待编程完成
}
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//从这儿开始看
int  mmc_init(void) //
{
int retries;
u8 *resp;
OUTREG32(A_CPM_MSCCDR,);
SETREG32(A_CPM_CPCCR, CPCCR_CHANGE_EN);

MMC_INIT_GPIO();
__msc_reset();
MMC_IRQ_MASK();
OUTREG32(A_MSC_CLKRT(), );//extclk/128
//OUTREG32(A_MSC_LPM(0),0x01);
//sd2_0 = 0; //默认为标准SD卡
resp = mmc_cmd(, , , ); //先80个时钟
resp = mmc_cmd(, 0x1aa, 0x1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1); //判断是sd2(返回0x1)以后的卡还是sd1（返回0x5）现在基本都是sd2以后 的所以都没有对返回值判断
resp = mmc_cmd(, , MSC_CMDAT_RESPONSE_R1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1); //根据cmd55来判断是mmc卡还是sd卡，只有卡才有55命令 才能正确有返回值 返回值有command index =0x37=55 的话说明是sd
//serial_puts(" Application Specific Commands =R1= "); serial_dump_data(resp, 6);
] != 0x37) {  //是mmc卡
//serial_puts("MMC card found!\n");
retries = ;
do{
resp = mmc_cmd(, 0x40ff8000, MSC_CMDAT_RESPONSE_R3, MSC_CMDAT_RESPONSE_R3); //匹配电压 mmc卡是CMD1  SD卡是CMD41  因为上电是要一个时间的 所以就利用一个do{}while 来延时
sd_mdelay();
}
] & 0x80)); //直到r3中的ocr回复值中的31位为1的时候表示上电完成了
]&0x40)//电压验证最后一次应答中带有数据访问模式位，如果为1，则类似SDHC卡基于块地址访问
{
sd2_0 = ;  // 也可以利用r3 返回值中的ocr的30位来检查是高容量卡（>2G）还是标准卡  其实也可以利用cmd9命令读取cds来判断 在sd就是这么做的
}
#if 0
serial_puts();
]& 0x80)
serial_puts("\n\nMMC init ok\n\n");// 表示上电完成
else
serial_puts("\n\nMMC init fail\n\n");
#endif
resp = mmc_cmd(, , MSC_CMDAT_RESPONSE_R2, MSC_CMDAT_RESPONSE_R2); //获取CID
//serial_puts("  CID CSD =R2= ");  serial_dump_data(resp, 16);
resp = mmc_cmd(, 0x10, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1); //这个东西就很恶心了  在sd卡和mmc卡的参数不一样  mmc卡的参数是自己设定一个rca值 ，但是sd卡是通过回复值中读取rca，上面sd卡的初始化中有描述
OUTREG16(A_MSC_CLKRT(), );
resp = mmc_cmd(, 0x10, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1);//设置新地址为有效地址  这样就进入了tarnsport mode .只有发送了7号命令 还有设置位宽CMD6  才能发生正在的进行读写发生16 17 18等
resp = mmc_cmd(, 0x3b70101, MSC_CMDAT_BUS_WIDTH_4BIT|MSC_CMDAT_RESPONSE_R1|MSC_CMDAT_BUSY, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1);//应答类型R1b，设置位宽  为4BIT模式

resp = mmc_cmd(, rca, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1, MSC_CMDAT_RESPONSE_R1);
card_status = (resp[] << ) | (resp[] << ) | (resp[] << ) | resp[];
serial_puts("mmc_cmd 13\n");
if((card_status & 0x900) != 0x900) //ready && tran
{
return OPEN_CARD_INIT_CHECK_STATUS_ERROR;
}
//对于mmc卡经常要加CMD13，不然经常会出现问题的，CMD13在发生玩cmd3后就可以随时发送
))&(<<)));//等待编程完成
}
else//如果是sd卡
sd_init();
;

上图就是我在手册上面截取的初始化部分图片 系统上电后发生cmd0命令后就进入idle 状态，CMD1检查电压，然后就进入Ready state -->cmd2 （读取cid）进入Ident状态  --> CMD3（设置rca）进入stand state状态---》cmd7进入transport状态 在这里还可以利用CMD6设置位宽的大小  sd不支持8BIT mmc支持

当卡发生完CMD3后进入待机状态（stand-by state）,cmd7可以让卡进入transport状态，

 

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SD卡调试关键点：

 

1.      上电时要延时足够长的时间给SD卡一个准备过程，在我的程序里是5秒，根据不同的卡设置不同的延时时间。SD卡初始化第一步在发送CMD命令之前，在片选有效的情况下首先要发送至少74个时钟，否则将有可能出现SD卡不能初始化的问题。

 

2.      SD卡发送复位命令CMD0后，要发送版本查询命令CMD8，返回状态一般分两种，若返回0x01表示此SD卡接受CMD8,也就是说此SD卡支持版本2；若返回0x05则表示此SD卡支持版本1。因为不同版本的SD卡操作要求有不一样的地方，所以务必查询SD卡的版本号，否则也会出现SD卡无法正常工作的问题。

 

3.      理论上要求发送CMD58获得SD卡电压参数，但实际过程中由于事先都知道了SD卡的工作电压，因此可省略这一步简化程序。协议书上也建议尽量不要用这个命令。

 

4.      SD卡读写超时时间要按照协议说明书书上的给定值(读超时：100ms；写超时：250ms)，这个值要在程序中准确计算出来，否则将会出现不能正常读写数据的问题。我自己定义了一个计算公式：超时时间=(8/clk)*arg。 

 

5.      2GB以内的SD卡(标准卡)和2GB以上的SD卡(大容量卡)在地址访问形式上不同，这一点尤其要注意，否则将会出现无法读写数据的问题。如标准卡在读写操作时，对读或写命令令牌当中的地址域符初值0x10，表示对第16个字节以后的地址单元进行操作(前提是此SD卡支持偏移读写操作)，而对大容量卡读或写命令令牌当中的地址域符初值0x10时，则表示对第16块进行读写操作，而且大容量卡只支持块读写操作，块大小固定为512字节，对其进行字节操作将会出错。

 

6.      对某一块要进行写操作时最好先执行擦出命令，这样写入的速度就能大大提高。进行擦除操作时不管是标准卡还是大容量卡都按块操作执行，也就是一次擦除至少512字节。

 

7.      对标准卡进行字节操作时，起始和终止必须在一个物理扇区内，否则将不能进行读写操作。实际操作过程中建议用块操作以提高效率。不管是标准卡还是大容量卡一个读写命令只能对一个块进行操作，不允许跨物理层地址操作。

 

8.      在写数据块前要先写入若干个dummy data字节，写完一个块数据时，主机要监测MISO数据线，如果从机处于忙状态这根数据线会保持低电平，这样主机就可以根据这根数据线的状态以决定是否发送下一个命令，在从机没有释放MISO数据线之前，主机绝对不能执行其他命令，否则将会导致写入的数据出错，而且从机也不会响应主机的命令。

 

9.      在SPI模式下，CRC校验是被忽略的，但依然要求主从机发送CRC码，只是数值可以是任意值，一般主机的CRC码通常设为0x00或0xFF。

 

读多块操作和写多块操作的传输停止形式不一样，读多块操作时用用命令CMD12终止传输，而写多块操作时用Stop Tran Token(停止传输令牌，值为0xFD)终止传输。

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1、初始化步骤：

（1）    延时至少74clock，等待SD卡内部操作完成，在MMC协议中有明确说明。

（2）CS低电平选中SD卡。

（3）发送CMD0，需要返回0x01，进入Idle状态

（4）为了区别SD卡是2.0还是1.0，或是MMC卡，这里根据协议向上兼容的原理，首先发送只有SD2.0才有的命令CMD8，如果CMD8返回无错误，则初步判断为2.0卡，进一步发送命令循环发送CMD55+ACMD41，直到返回0x00，确定SD2.0卡初始化成功，进入Ready状态，再发送CMD58命令来判断是HCSD还是SCSD，到此SD2.0卡初始化成功。如果CMD8返回错误则进一步判断为1.0卡还是MMC卡，循环发送CMD55+ACMD41，返回无错误，则为SD1.0卡，到此SD1.0卡初始成功，如果在一定的循环次数下，返回为错误，则进一步发送CMD1进行初始化，如果返回无错误，则确定为MMC卡，如果在一定的次数下，返回为错误，则不能识别该卡，初始结束。

（5）CS拉高。

 

 

我们在读写的前面可以最好 读取下状态CMD13来检查状态位，判断上一次的命令是否传输完了

2、读步骤：

（1）    发送CMD17（单块）或CMD18（多块）读命令，返回0x00

（2）    接收数据开始令牌0xfe（或0xfc）+正式数据512Bytes + CRC校验2Bytes默认正式传输的数据长度是512Bytes，可用CMD16设置块长度。

 

3、写步骤：

（1）    发送CMD24（单块）或CMD25（多块）写命令，返回0x00

（2）    发送数据开始令牌0xfe（或0xfc）+正式数据512Bytes + CRC校验2Bytes

 

4、擦除步骤：

（1）    发送CMD32，跟一个参数来指定首个要擦除的起始地址（SD手册上说是块号）

（2）    发送CMD33,，指定最后的地址

（3）    发送CMD38，擦除指定区间的内容此3步顺序不能颠倒。最后说一下我的一点体会：SD卡就是一个存储器，只不过用命令的方式来进行操作，我们只要掌握了各条命令及操作方式，就可以灵活的操作SD卡了，另外我所了解的IC卡也是类似的原理，还有就是建议开始看MMC的协议，简单明了易懂些，有了对MMC卡的一些了解后看SD卡协议就容易多了。

SD卡命令共分为12类，分别为class0到class11,不同的SDd卡，主控根据其功能，支持不同的命令集 如下

Class0 :(卡的识别、初始化等基本命令集)CMD0:复位SD 卡.CMD1:读OCR寄存器.CMD9:读CSD寄存器.CMD10:读CID寄存器.CMD12:停止读多块时的数据传输CMD13:读 Card_Status 寄存器

Class2 (读卡命令集):CMD16:设置块的长度CMD17:读单块.CMD18:读多块,直至主机发送CMD12为止 .

Class4(写卡命令集) :CMD24:写单块.CMD25:写多块.CMD27:写CSD寄存器 .

Class5 (擦除卡命令集):CMD32:设置擦除块的起始地址.CMD33:设置擦除块的终止地址.CMD38: 擦除所选择的块.

Class6(写保护命令集):CMD28:设置写保护块的地址.CMD29:擦除写保护块的地址.CMD30: Ask the card for the status of the write protection bits

class7：卡的锁定，解锁功能命令集 

class8：申请特定命令集 。

class10 －11 ：保留

其中class1,class3,class9：SPI模式不支持