初学STM32 SDIO(一)

1. SDIO协议简介

​ SDIO全称是安全数字输入/输出接口 ,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。 多媒体卡(MMC)、SD卡、 SD I/O卡都有SDIO接口。 STM32F407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。

2. SDIO设备分类

​ 目前SDIO协议提供的SD卡规范版本最新是4.01版本，但STM32F42x系列控制器只支持SD卡规范版本2.0，即只支持标准容量SD和高容量SDHC标准卡，不支持超大容量SDXC标准卡，所以可以支持的最高卡容量是32GB。

3. SD卡物理结构

一张SD卡包括有存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制器和接口驱动器5个部分

• 存储单元是存储数据部件，存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输；

• 电源检测单元保证SD卡工作在合适的电压下，如出现掉电或上状态时，它会使控制单元和存储单元接口复位；

• 卡及接口控制单元控制SD卡的运行状态，它包括有8个寄存器；

• 接口驱动器控制SD卡引脚的输入输出。

  ​ SD卡总共有8个寄存器，用于设定或表示SD卡信息。这些寄存器只能通过对应的命令访问， SDIO
  
  定义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卡寄存器列表：

4. SDIO总线

SD卡一般都支持SDIO和SPI这两种接口.

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， 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；
• VDD、 VSS1、 VSS2： 电源和地信号。

​ SDIO的通信时序的物理逻辑非常简单， 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。

​ 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

​ 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卡在接收到数据后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。

​ 使用4数据线传输时，每次传输4bit数据，每根数据线都必须有起始位、终止位以及CRC位， CRC位每根数据线都要分别检查，并把检查结果汇总然后在数据传输完后通过D0线反馈给主机。SD卡数据包有两种格式，一种是常规数据(8bit宽)， 它先发低字节再发高字节，而每个字节则是先发高位再发低位， 4线传输示意如下图：

​ 另外一种数据包发送格式是宽位数据包格式，对SD卡而言宽位数据包发送方式是针对SD卡SSR(SD状态)寄存器内容发送的， SSR寄存器总共有512bit，在主机发出ACMD13命令后SD卡将SSR寄存器内容通过DAT线发送给主机。宽位数据包格式示意图如下：