【STM32】SDIO—SD 卡读写01

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基于零死角玩转STM32—F103指南者

简介

1.SD 卡总共有 8 个寄存器，用于设定或表示 SD 卡信息。

2.SD卡的寄存器不能像STM32那样访问，而是利用命令访问，SDIO 定义了 64 个命令。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。

总线

1.SD 卡一般都支持 SDIO 和 SPI 这两种接口。另外，STM32F42x系列控制器的 SDIO是不支持 SPI 通信模式的，如果需要用到 SPI 通信只能使用 SPI 外设。

2.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.

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；
VDD、VSS1、VSS2：电源和地信号。

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

总线协议

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 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(Black)形式传输，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。

STM32 控制器可以控制使用单线或 4 线传输。

命令和响应

一个完整的 SD 卡操作过程是：主机(单片机等)发起“命令”，SD 卡根据命令的内容决定是否发送响应信息及数据等，如果是数据读/写操作，主机还需要发送停止读/写数据的命令来结束本次操作，这意味着主机发起命令指令后，SD 卡可以没有响应、数据等过程，这取决于命令的含义。

命令格式

SD 命令格式固定为 48bit，都是通过 CMD 线连续传输的（数据线不参与）

SD 命令的组成如下：
起始位和终止位：命令的主体包含在起始位与终止位之间，它们都只包含一个数据位，起始位为 0，终止位为 1。
传输标志：用于区分传输方向，该位为 1 时表示命令，方向为主机传输到 SD卡，该位为 0 时表示响应，方向为 SD 卡传输到主机。命令主体内容包括命令、地址信息/参数和 CRC 校验三个部分。
命令号：它固定占用 6bit，所以总共有 64 个命令(代号：CMD0~CMD63)，每个命令都有特定的用途，部分命令不适用于 SD 卡操作，只是专门用于 MMC 卡或者SD I/O 卡。
地址/参数：每个命令有 32bit 地址信息/参数用于命令附加内容，例如，广播命令没有地址信息，这 32bit 用于指定参数，而寻址命令这 32bit 用于指定目标 SD 卡的地址。
CRC7 校验：长度为 7bit 的校验位用于验证命令传输内容正确性，如果发生外部干扰导致传输数据个别位状态改变将导致校准失败，也意味着命令传输失败，SD卡不执行命令。

也就是说，在clk的上升沿，按照一定的规律发送CMD命令就可以发送可识别的SD卡命令

外设SDIO

STM32 控制器有一个 SDIO，由两部分组成：SDIO 适配器和 AHB 接口。
SDIO 适配器提供 SDIO 主机功能，可以提供 SD 时钟、发送命令和进行数据传输。AHB 接口用于控制器访问 SDIO 适配器寄存器并且可以产生中断和 DMA 请求信号。

SDIO由两部分组成 使用两个时钟信号

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 的数据 FIFO 寄存器（SDIO_FIFO）

数据 FIFO 寄存器包括接收和发送 FIFO，他们由一组连续的32个地址上的 32 个寄存器组成。

CPU 可以使用 FIFO 读写多个操作数。例如我们要从 SD 卡读数据，就必须读 SDIO_FIFO 寄存器，要写数据到 SD 卡，则要写 SDIO_FIFO 寄存器。

SDIO 将这 32 个地址分为 16 个一组，发送接收各占一半。而我们每次读写的时候，最多就是读取发送 FIFO 或写入接收 FIFO 的一半大小的数据，也就是 8 个字（32 个字节），这里特别提醒，我们操作 SDIO_FIFO（不论读出还是写入）必须是以 4 字节对齐的内存进行操作，否则将导致出错！