一、SD/MMC/SDIO概念區(qū)分

SD(SecureDigital)與 MMC(MultimediaCard)

SD 是一種 flash memory card 的標(biāo)準(zhǔn)，也就是一般常見的 SD 記憶卡，而 MMC 則是較早的一種記憶卡標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)被 SD 標(biāo)準(zhǔn)所取代。在維基百科上有相當(dāng)詳細(xì)的 SD/MMC 規(guī)格說明：

SDIO(SecureDigital I/O)

SDIO 是目前我們比較關(guān)心的技術(shù)，SDIO 故名思義，就是 SD 的 I/O 接口(interface)的意思，不過這樣解釋可能還有點(diǎn)抽像。更具體的說明，SD 本來是記憶卡的標(biāo)準(zhǔn)，但是現(xiàn)在也可以把 SD 拿來插上一些外圍接口使用，這樣的技術(shù)便是 SDIO。

所以 SDIO 本身是一種相當(dāng)單純的技術(shù)，透過 SD 的 I/O 接腳來連接外部外圍，并且透過 SD 上的 I/O 數(shù)據(jù)接位與這些外圍傳輸數(shù)據(jù)，而且 SD 協(xié)會(huì)會(huì)員也推出很完整的 SDIO stack 驅(qū)動(dòng)程序，使得 SDIO 外圍(我們稱為 SDIO 卡)的開發(fā)與應(yīng)用變得相當(dāng)熱門。

現(xiàn)在已經(jīng)有非常多的手機(jī)或是手持裝置都支持 SDIO 的功能(SD 標(biāo)準(zhǔn)原本就是針對(duì) mobile device 而制定)，而且許多 SDIO 外圍也都被開發(fā)出來，讓手機(jī)外接外圍更加容易，并且開發(fā)上更有彈性(不需要內(nèi)建外圍)。目前常見的 SDIO 外圍(SDIO 卡)有：Wi-Fi card(無線網(wǎng)絡(luò)卡)

CMOS sensor card(照相模塊)

GPS card

GSM/GPRS modem card

Bluetooth card

Radio/TV card(很好玩)

SDIO 的應(yīng)用將是未來嵌入式系統(tǒng)最重要的接口技術(shù)之一，并且也會(huì)取代目前 GPIO 式的 SPI 接口。

SD/SDIO 的傳輸模式

SD 傳輸模式有以下 3 種：SPI mode(required)

1-bit mode

4-bit mode

SDIO 同樣也支持以上 3 種傳輸模式。依據(jù) SD 標(biāo)準(zhǔn)，所有的 SD(記憶卡)與 SDIO(外圍)都必須支持 SPI mode，因此 SPI mode 是「required」。此外，早期的 MMC 卡(使用 SPI 傳輸)也能接到 SD 插糟(SD slot)，并且使用 SPI mode 或 1-bit mode 來讀取。

Secure digital I/Ocard，pin out

SD 的 MMCMode

SD 也能讀取 MMC 內(nèi)存，雖然 MMC 標(biāo)準(zhǔn)上提到，MMC 內(nèi)存不見得要支持 SPI mode(但是一定要支持 1-bit mode)，但是市面上能看到的 MMC 卡其實(shí)都有支持 SPI mode。因此，我們可以把 SD 設(shè)定成 SPI mode 的傳輸方式來讀取 MMC 記憶卡。

SD 的 MMC Mode 就是用來讀取 MMC 卡的一種傳輸模式。不過，SD 的 MMC Mode 雖然也是使用 SPI mode，但其物理特性仍是有差異的：MMC 的 SPI mode 最大傳輸速率為 20 Mbit/s；

SD 的 SPI mode 最大傳輸速率為 25 Mbit/s。

為避免混淆，有時(shí)也用 SPI/MMC mode 與 SPI/SD mode 的寫法來做清楚區(qū)別。

參考網(wǎng)站：

二、MMC子系統(tǒng)介紹

MMC代碼分布

MMC子系統(tǒng)代碼主要在drivers/mmc目錄下，共有三個(gè)目錄：Card：存放閃存卡(塊設(shè)備)的相關(guān)驅(qū)動(dòng)，如MMC/SD卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)，SDIOUART；

Host：針對(duì)不同主機(jī)端的SDHC、MMC控制器的驅(qū)動(dòng)，這部分需要由驅(qū)動(dòng)工程師來完成；

Core：整個(gè)MMC的核心層，這部分完成不同協(xié)議和規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，為host層和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層提供接口函數(shù)。

MMC子系統(tǒng)框架

Linux MMC子系統(tǒng)主要分成三個(gè)部分：MMC核心層：完成不同協(xié)議和規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，為host層和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層提供接口函數(shù)。MMC核心層由三個(gè)部分組成：MMC，SD和SDIO，分別為三類設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供接口函數(shù)；

Host 驅(qū)動(dòng)層：針對(duì)不同主機(jī)端的SDHC、MMC控制器的驅(qū)動(dòng)；

Client 驅(qū)動(dòng)層：針對(duì)不同客戶端的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。如SD卡、T-flash卡、SDIO接口的GPS和wi-fi等設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

三、SD 總線協(xié)議

SD總線通信是基于指令和數(shù)據(jù)比特流，起始位開始和停止位結(jié)束。SD總線通信有三個(gè)元素：Command：由host發(fā)送到卡設(shè)備，使用CMD線發(fā)送；

Response：從card端發(fā)送到host端，作為對(duì)前一個(gè)CMD的相應(yīng)，通過CMD線發(fā)送；

Data：即能從host傳輸?shù)絚ard，也能從card傳輸?shù)絟ost，通過data線傳輸。

Commands

以下是四種用于控制卡設(shè)備的指令類型，每個(gè)command都是固定的48位長度：

1、broadcast commands(bc)， no response：廣播類型的指令，不需要有響應(yīng);

2、broadcast commands with response(bcr)：廣播類型的指令且需要響應(yīng);

3、addressed(point-to-point) commands(ac)：由HOST發(fā)送到指定的卡設(shè)備，沒有數(shù)據(jù)的傳輸;

4、address(point-to-point) data transfercommands(adtc)：由HOST發(fā)送到指定的卡設(shè)備且伴隨有數(shù)據(jù)傳輸。

指令格式：Card register

幾個(gè)主要的寄存器：OCR,CID,CSD,RCA和SCR。

Operation condition register(OCR)：32位的OCR包含卡設(shè)備支持的工作電壓表；

Card identification number register (CID)：包含用于在卡識(shí)別階段的卡信息，包括制造商ID，產(chǎn)品名等；

Card specific data register(CSD)：CSD寄存器提供了如何訪問卡設(shè)備的信息，包括定義了數(shù)據(jù)格式，錯(cuò)誤校驗(yàn)類型，最大訪問次數(shù)，數(shù)據(jù)傳輸率等；

Relative card address register(RCA)：存放在卡識(shí)別階段分配的相對(duì)卡地址，缺省相對(duì)卡地址為0000h；

SD card configuration register(SCR)：SCR是一個(gè)配置寄存器，用于配置SD memory card的特殊功能。

Response

所有的response都通過CMD線發(fā)送到host端，R4和R5響應(yīng)類型是SDIO中特有的：

1、R1(normal response command)：用來響應(yīng)常用指令；

2、R2(CID,CSD register)：用來響應(yīng)CMD2和CMD10或CMD9，并把CID或CSD寄存器作為響應(yīng)數(shù)據(jù)；

3、R3(OCR register):用來響應(yīng)ACMD41指令，并把OCR寄存器作為響應(yīng)數(shù)據(jù)；

4、R6(published RCA response)：分配相對(duì)卡地址的響應(yīng)；

5、R7(card interface condition)：響應(yīng)CMD8，返回卡支持的電壓信息；

6、R4(CMD5)：響應(yīng)CMD5，并把OCR寄存器作為響應(yīng)數(shù)據(jù)；

7、R5(CMD52)：CMD52是一個(gè)讀寫寄存器的指令，R5用于CMD52的響應(yīng)；

Response 格式：

***詳情請(qǐng)參考spec***

四、SD初始化流程

當(dāng)host上電后，使所有的卡設(shè)備處于卡識(shí)別模式，完成設(shè)置有效操作電壓范圍，卡識(shí)別和請(qǐng)求卡相對(duì)地址等操作。

1、發(fā)送指令CMD0使卡設(shè)備處于idle狀態(tài)；

2、發(fā)送指令CMD8，如果卡設(shè)備有response，說明此卡為SD2.0以上；

3、發(fā)送指令CMD55+ACMD41，該指令是用來探測卡設(shè)備的工作電壓是否符合host端的要求；在發(fā)送ACMD41這類指令之前需要先發(fā)送CMD55指令，在SDIO中ACMD41指令被CMD5替代。

4、發(fā)送指令CMD11轉(zhuǎn)換工作電壓到1.8V；

5、發(fā)送指令CMD2獲取CIA；

6、發(fā)送指令CMD3獲取RCA(relative card address)

SD初始化分析

系統(tǒng)上電時(shí)，SDI控制器會(huì)去掃描總線上的所有設(shè)備，然后對(duì)掛在總線上卡設(shè)備進(jìn)行初始化。進(jìn)行掃描和初始化工作都是由mmc_scan函數(shù)來完成，以下是Linux驅(qū)動(dòng)中初始化流程圖(感謝同事Linkin的圖)。SDIO、SD和MMC這三者的初始化流程稍有不同，是向下兼容的。

五、SD卡調(diào)試關(guān)鍵點(diǎn)：

1. 上電時(shí)要延時(shí)足夠長的時(shí)間給 SD 卡一個(gè)準(zhǔn)備過程，在我的程序里是 5 秒，根據(jù)不同的卡設(shè)置不同的延時(shí)時(shí)間。SD 卡初始化第一步在發(fā)送 CMD 命令之前，在片選有效的情況下首先要發(fā)送至少 74 個(gè)時(shí)鐘，否則將有可能出現(xiàn) SD 卡不能初始化的問題。

2. SD 卡發(fā)送復(fù)位命令 CMD0 后，要發(fā)送版本查詢命令 CMD8 ，返回狀態(tài)一般分兩種，若返回 0x01 表示此 SD 卡接受 CMD8, 也就是說此 SD 卡支持版本 2 ；若返回 0x05 則表示此 SD 卡支持版本 1 。因?yàn)椴煌姹镜?SD 卡操作要求有不一樣的地方，所以務(wù)必查詢 SD 卡的版本號(hào)，否則也會(huì)出現(xiàn) SD 卡無法正常工作的問題。

3. 理論上要求發(fā)送 CMD58 獲得 SD 卡電壓參數(shù)，但實(shí)際過程中由于事先都知道了 SD 卡的工作電壓，因此可省略這一步簡化程序。協(xié)議書上也建議盡量不要用這個(gè)命令。

4. SD 卡讀寫超時(shí)時(shí)間要按照協(xié)議說明書書上的給定值 ( 讀超時(shí)：100ms ；寫超時(shí)：250ms) ，這個(gè)值要在程序中準(zhǔn)確計(jì)算出來，否則將會(huì)出現(xiàn)不能正常讀寫數(shù)據(jù)的問題。我自己定義了一個(gè)計(jì)算公式：超時(shí)時(shí)間 =( 8/clk )*arg

5. 2GB 以內(nèi)的 SD 卡 ( 標(biāo)準(zhǔn)卡 ) 和 2GB 以上的 SD 卡 ( 大容量卡 ) 在地址訪問形式上不同，這一點(diǎn)尤其要注意，否則將會(huì)出現(xiàn)無法讀寫數(shù)據(jù)的問題。如標(biāo)準(zhǔn)卡在讀寫操作時(shí)，對(duì)讀或?qū)懨盍钆飘?dāng)中的地址域符初值 0x10 ，表示對(duì)第 16 個(gè)字節(jié)以后的地址單元進(jìn)行操作 ( 前提是此 SD 卡支持偏移讀寫操作 ) ，而對(duì)大容量卡讀或?qū)懨盍钆飘?dāng)中的地址域符初值 0x10 時(shí)，則表示對(duì)第 16 塊進(jìn)行讀寫操作，而且大容量卡只支持塊讀寫操作，塊大小固定為 512 字節(jié)，對(duì)其進(jìn)行字節(jié)操作將會(huì)出錯(cuò)。

6. 對(duì)某一塊要進(jìn)行寫操作時(shí)最好先執(zhí)行擦出命令，這樣寫入的速度就能大大提高。進(jìn)行擦除操作時(shí)不管是標(biāo)準(zhǔn)卡還是大容量卡都按塊操作執(zhí)行，也就是一次擦除至少 512 字節(jié)。

7. 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)卡進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，起始和終止必須在一個(gè)物理扇區(qū)內(nèi)，否則將不能進(jìn)行讀寫操作。實(shí)際操作過程中建議用塊操作以提高效率。不管是標(biāo)準(zhǔn)卡還是大容量卡一個(gè)讀寫命令只能對(duì)一個(gè)塊進(jìn)行操作，不允許跨物理層地址操作。

8. 在寫數(shù)據(jù)塊前要先寫入若干個(gè) dummy data 字節(jié)，寫完一個(gè)塊數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)要監(jiān)測 MISO 數(shù)據(jù)線，如果從機(jī)處于忙狀態(tài)這根數(shù)據(jù)線會(huì)保持低電平，這樣主機(jī)就可以根據(jù)這根數(shù)據(jù)線的狀態(tài)以決定是否發(fā)送下一個(gè)命令，在從機(jī)沒有釋放 MISO 數(shù)據(jù)線之前，主機(jī)絕對(duì)不能執(zhí)行其他命令，否則將會(huì)導(dǎo)致寫入的數(shù)據(jù)出錯(cuò)，而且從機(jī)也不會(huì)響應(yīng)主機(jī)的命令。

9. 在 SPI 模式下， CRC 校驗(yàn)是被忽略的，但依然要求主從機(jī)發(fā)送 CRC 碼，只是數(shù)值可以是任意值，一般主機(jī)的 CRC 碼通常設(shè)為 0x00 或 0xFF 。

讀多塊操作和寫多塊操作的傳輸停止形式不一樣，讀多塊操作時(shí)用用命令 CMD12 終止傳輸，而寫多塊操作時(shí)用 Stop Tran Token( 停止傳輸令牌，值為 0xFD) 終止傳輸。

1、初始化步驟：

(1)延時(shí)至少 74clock，等待SD卡內(nèi)部操作完成，在MMC協(xié)議中有明確說明。

(2)CS低電平選中SD卡。

(3) 發(fā)送 CMD0 ，需要返回 0x01 ，進(jìn)入 Idle 狀態(tài)

(4) 為了區(qū)別SD卡是2.0還是1.0，或是MMC卡，這里根據(jù)協(xié)議向上兼容的原理，首先發(fā)送只有SD2.0才有的命令CMD8，如果CMD8返回?zé)o錯(cuò)誤，則初步判斷為2.0卡，進(jìn)一步發(fā)送命令循環(huán)發(fā)送 CMD55+ACMD41 ，直到返回 0x00 ，確定SD2.0卡初始化成功，進(jìn)入Ready 狀態(tài)，再發(fā)送CMD58命令來判斷是HCSD還是SCSD，到此SD2.0卡初始化成功 。如果CMD8返回錯(cuò)誤則進(jìn)一步判斷為1.0卡還是MMC卡，循環(huán)發(fā)送CMD55+ACMD41 ，返回?zé)o錯(cuò)誤，則為SD1.0卡，到此SD1.0卡初始成功，如果在一定的循環(huán)次數(shù)下，返回為錯(cuò)誤，則進(jìn)一步發(fā)送CMD1進(jìn)行初始化，如果返回?zé)o錯(cuò)誤，則確定為MMC卡，如果在一定的次數(shù)下，返回為錯(cuò)誤，則不能識(shí)別該卡，初始結(jié)束。

(5)CS拉高。

2、讀步驟：

(1) 發(fā)送 CMD17 (單塊)或 CMD18 (多塊)讀命令，返回 0x00

(2) 接收數(shù)據(jù)開始令牌 0xfe (或 0xfc ) + 正式數(shù)據(jù) 512Bytes + CRC 校驗(yàn) 2Bytes, 默認(rèn)正式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度是 512Bytes ，可用 CMD16 設(shè)置塊長度。

3、 寫步驟：

(1) 發(fā)送 CMD24 (單塊)或 CMD25 (多塊)寫命令，返回 0x00

(2) 發(fā)送數(shù)據(jù)開始令牌 0xfe (或 0xfc ) + 正式數(shù)據(jù) 512Bytes + CRC 校驗(yàn) 2Bytes

4、 擦除步驟：

(1) 發(fā)送 CMD32 ，跟一個(gè)參數(shù)來指定首個(gè)要擦除的起始地址( SD 手冊(cè)上說是塊號(hào))

(2) 發(fā)送 CMD33, ，指定最后的地址

(3) 發(fā)送 CMD38 ，擦除指定區(qū)間的內(nèi)容

此 3 步順序不能顛倒。

六、SD卡的命令格式及解析

1.SD卡命令組成

SD卡的指令由6字節(jié)(Byte)組成，如下：

Byte1：0 1 x x x x x x(命令號(hào)，由指令標(biāo)志定義，如CMD39為100111即16進(jìn)制0x27，那么完整的CMD39第一字節(jié)為01100111，即0x27+0x40)

Byte2-5:Command Arguments,命令參數(shù)，有些命令沒有參數(shù)

Byte6:前7位為CRC(Cyclic Redundacy Check，循環(huán)冗余校驗(yàn))校驗(yàn)位，最后一位為停止位0

2.SD卡的命令

SD卡命令共分為12類，分別為class0到class11，不同的SDd卡，主控根據(jù)其功能，支持不同的命令集，如下:

Class0 :(卡的識(shí)別、初始化等基本命令集)

CMD0:復(fù)位SD 卡.

CMD1:讀OCR寄存器.

CMD9:讀CSD寄存器.

CMD10:讀CID寄存器.

CMD12:停止讀多塊時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸

CMD13:讀 Card_Status 寄存器

Class2 (讀卡命令集):

CMD16:設(shè)置塊的長度

CMD17:讀單塊.

CMD18:讀多塊,直至主機(jī)發(fā)送CMD12為止 .

Class4(寫卡命令集) :

CMD24:寫單塊.

CMD25:寫多塊.

CMD27:寫CSD寄存器 .

Class5 (擦除卡命令集):

CMD32:設(shè)置擦除塊的起始地址.

CMD33:設(shè)置擦除塊的終止地址.

CMD38: 擦除所選擇的塊.

Class6(寫保護(hù)命令集):

CMD28:設(shè)置寫保護(hù)塊的地址.

CMD29:擦除寫保護(hù)塊的地址.

CMD30: Ask the card for the status of the write protection bits

class7：卡的鎖定，解鎖功能命令集

class8：申請(qǐng)?zhí)囟罴?。

class10 －11 ：保留

3.有關(guān)sd卡驅(qū)動(dòng)和fat fs的實(shí)現(xiàn)用了3個(gè)文件來實(shí)現(xiàn)。

sdboot.c為sd的驅(qū)動(dòng)(可理解為pdd)層，主要實(shí)現(xiàn)一些對(duì)sd控制器的配置以及一些基本sd命令的實(shí)現(xiàn)和對(duì)sd 卡的操作。

sdmmc.c實(shí)現(xiàn)了從sd卡讀取nk并跳到內(nèi)存去運(yùn)行的代碼(基本可以理解為sd驅(qū)動(dòng)的mdd層)。

sdfat.c文件就是實(shí)現(xiàn)fat fs的。mdd層通過fatfs來對(duì)pdd層操作以實(shí)現(xiàn)讀取文件。

在整個(gè)過程中遇到了很多問題，現(xiàn)在列舉如下：

1)sd卡初始化問題

配置gpio有關(guān)sd的功能：SDCMD, SDDAT[3:0]。

使能CLKCON中的SDI位。

時(shí)鐘以及計(jì)算公式：SDIPRE = PCLK/(CLK)-1;INICLK=300000；SDCLK=24000000；MMCCLK= 15000000

cmd0-cmd55-cmd41-cmd2-cmd3-cmd7-cmd6-cmd17

2)對(duì)sd卡操作問題

SD卡包括：一個(gè)標(biāo)識(shí)寄存器CID，一個(gè)相應(yīng)地址寄存器RCA，一個(gè)其他參數(shù)寄存器CSD。

對(duì)sd卡的操作是驅(qū)動(dòng)通過sd controller來發(fā)相應(yīng)的命令以達(dá)到讀寫等操作 的：發(fā)送命令通過SDICmdCon[7：0]的除了開始2bit：CmdIndex放置要發(fā)送的命令號(hào)；SDICmdCon[8]開始發(fā)送命令來完成的。

檢測卡的插入，直接用中斷引腳的電平來判斷。

判斷插入的卡是否是sd卡，用命令cmd55和cmd41，因?yàn)閙mc卡對(duì)cmd55不做回應(yīng)。

命令9 就是獲取sd卡中csd寄存器的值的，該值包括很多sd卡的信息，其中就有sd卡的容量。這個(gè)值在sd卡接收到cmd9之后會(huì)以response的形式存放在sd控制器的SDI Response Register[0，1，2，3]中。在執(zhí)行cmd9，cmd10等這樣的命令的時(shí)候，卡的狀態(tài)應(yīng)該是不選中的，或直接在執(zhí)行它們之前發(fā)送 cmd7(0)不選中卡，不然的話會(huì)timeout。

用cmd17 來讀取單個(gè)block的數(shù)據(jù)，該命令要帶地址參數(shù)(該參數(shù)通過cmd3命令來獲取)，然后根據(jù)SDIDSTA和SDIFSTA狀態(tài)值來從sd 控制器的SDIDAT寄存器中讀出要讀的數(shù)據(jù)。該命令與cmd9相反，在執(zhí)行它之前要選中卡。讀完一個(gè)block之后要做一些善后工作，為下次讀取做好準(zhǔn)備，不然的話checkcmdend就要一直循環(huán)了。因?yàn)橛玫氖敲看味甲x一個(gè)block，并地址要以block對(duì)齊，這樣就要考慮要讀取的地址是否是 block對(duì)齊的，長度是否夠一個(gè)block。

SDIDCON這個(gè)數(shù)據(jù)控制寄存器也很重要，一些對(duì)數(shù)據(jù)的操作形式就是在這里設(shè)置的。

3)fat文件系統(tǒng)問題

根據(jù)MBR找到分區(qū)表，根據(jù)分區(qū)表找到該分區(qū)MBR[446B+4個(gè)分區(qū)表(每個(gè)16B)+2B結(jié)束符)

分區(qū)表中的第9-12字節(jié)為該分區(qū)的啟始地址(單位沒sector)，第13-16字節(jié)為分區(qū)的長度(單位也是sector)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的cmd52命令发送 mmc_乾坤合一~Linux SD/MMC/SDIO驱动分析(上)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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