STM32F4X SDIO(四) SDIO控制器

STM32F4X内部有一个SDIO控制器，开发者可以使用这个控制器跟SD卡进行通信，下面就来简单了解一下STM32F4X的SDIO控制器的使用。

STM32F4X SDIO控制器

SDIO控制器框图

下图为STM32F4X的SDIO控制器框图，框图可以分为以下5部分，适配器寄存器、FIFO、控制单元、命令路径、数据路径。

SDIO控制器时钟

STM32F4X的所有外设都需要时钟才能够工作，SDIO控制器也不例外。SDIO控制工作时需要两个时钟，一个是SDIOCLK时钟和APB2时钟。
SDIOCLK:SDIO控制器输出到SD卡的时钟，该时钟可以通过配置分频系数决定其频率，最大为48MHZ。
APB2时钟:APB2时钟是SDIO控制器的工作时钟。

SDIO控制器的寄存器和FIFO模块使用的APB2时钟、控制单元、命令路径和数据路径使用的是SDIOCLK时钟。

适配器寄存器

适配器寄存器模块包含了STM32F4X SDIO控制器的所有寄存器，所有基于SDIO控制器的操作都需要读写寄存器来完成，STM32F4X的SDIO寄存器一共有16个。

FIFO

STM32F4X的SDIO控制器内部带了FIFO单元，当用户使能了FIFO之后，控制器往SD卡发送数据或者从SD卡接收的数据都可以暂时存到FIFO里面。

控制单元

STM32F4X SDIO控制器的控制单元包含了SD卡电源管理和SD卡的时钟管理功能。

命令路径

STM32F4X SDIO控制器的命令路径主要是给SD卡发送命令并且接收来自SD卡的响应。

数据路径

STM32F4X SDIO控制器的命令路径主要是给SD卡发送数据并且接收来自SD卡的数据。如果使用了8位数据宽度的模式，则SDIO_D[7:0]8根信号线都会使用。如果使用了4位数据宽度的模式，则SDIO_D[3:0]4根信号线都会使用。如果使用了1位数据宽度的模式，则只有SDIO_D01根信号线都会使用。

SDIO寄存器

想要使用STM32F4X的SDIO控制器就要学会配置SDIO的寄存器，下面就来简单了解一下STM32F4X的SDIO寄存器。

SDIO控制相关寄存器

SDIO电源控制寄存器 (SDIO_POWER)

该寄存器的作用是控制SDIO_CK的时钟，通过修改该寄存器使能或者关闭SDIO_CK时钟。

比特位	数值	描述
bit[1:0] PWRCTRL	00：掉电：停止为卡提供时钟。 01：保留 10：保留，上电 11：通电：为卡提供时钟。	电源控制位

SDIO时钟控制寄存器 (SDIO_CLKCR)

该寄存器主要是控制SDIO_CK时钟的使能，时钟分频系数的确定，数据线位宽的选择等。

比特位	数值	描述
bit[14] HWFC_EN	0：禁止硬件流控制 1：使能硬件流控制	硬件流控制使能
bit[13] NEGEDGE	0：在主时钟 SDIOCLK 的上升沿产生 SDIO_CK 1：在主时钟 SDIOCLK 的下降沿产生 SDIO_CK	SDIO_CK 移相选择位
bit[12:11] WIDBUS	00：默认总线模式：使用 SDIO_D0 01：4 位宽总线模式：使用 SDIO_D[3:0] 10：8 位宽总线模式：使用 SDIO_D[7:0]	宽总线模式使能位
bit[10] BYPASS	0：禁止旁路：在驱动 SDIO_CK 输出信号前，根据 CLKDIV 值对 SDIOCLK 进行分频。 1：使能旁路：SDIOCLK 直接驱动 SDIO_CK 输出信号。	时钟分频器旁路使能位
bit[9] PWRSAV	0：始终使能 SDIO_CK 时钟 1：仅在总线激活时使能 SDIO_CK	节能模式配置位
bit[8] CLKEN	0：始终使能 SDIO_CK 时钟 1：仅在总线激活时使能 SDIO_CK	时钟使能位
bit[7:0] CLKDIV	该字段定义输入时钟 (SDIOCLK) 与输出时钟 (SDIO_CK) 之间的分频系数： SDIO_CK 频率 = SDIOCLK / [CLKDIV + 2]	时钟分频系数

SDIO_CK相位

在时钟控制寄存器的bit13中有一个叫时钟相位的概念，所谓的时钟相位意思就是其采样的时间，有两种相位选择，分别是SDIOCLK的上升沿和SDIOCLK的下降沿。

• SDIOCLK的上升沿产生SDIO_CK

• SDIOCLK的下降沿产生SDIO_CK
  

SDIO命令响应相关寄存器

SDIO参数寄存器 (SDIO_ARG)

该寄存器的作用是将命令的参数发送到SD卡

比特位	数值	描述
bit[31:0] CMDARG	32位命令参数	作为命令消息的一部分发送给卡的命令参数。如果命令包含参数，则在将命令写入到命令寄存器之前，必须将参数加载到此寄存器中。

SDIO命令寄存器 (SDIO_CMD)

该寄存器主要包含SD卡的命令索引，设置响应类型等。

比特位	数值	描述
bit[14] ATACMD	0/1	如果 ATACMD 置 1，则 CPSM 将传输 CMD61。
bit[13] nIEN	0：使能 CE-ATA 设备中的中断 1：不使能 CE-ATA 设备中的中断	如果该位为 0，则使能 CE-ATA 设备中的中断
bit[12] ENCMDcompl	0：如果此位置 1，则使能命令完成信号 0：不如果此位置 1，则使能命令完成信号	如果此位置 1，则使能命令完成信号
bit[11] SDIOSuspend	0：发送的命令不是挂起命令 1：发送的命令为挂起命令。	如果此位置 1，则要发送的命令为挂起命令（仅用于 SDIO 卡）
bit[10] CPSMEN	0：不使能 CPSM 1：使能 CPSM	命令路径状态机 (CPSM) 使能位
bit[9] WAITPEND	0：CPSM 将不等到数据传输结束后才开始发送命令 1：CPSM 将等到数据传输结束后才开始发送命令	如果此位置 1，则 CPSM 将等到数据传输结束后才开始发送命令
bit[8] WAITINT	0：CPSM 允许命令超时并等待中断请求 1：CPSM 禁止命令超时并等待中断请求	如果此位置 1，则 CPSM 禁止命令超时并等待中断请求
bit[7:6] WAITRESP	00：无响应，但 CMDSENT 标志除外 01：短响应，但 CMDREND 或 CCRCFAIL 标志除外 10：无响应，但 CMDSENT 标志除外 11：长响应，但 CMDREND 或 CCRCFAIL 标志除外	这些位用于配置 CPSM 是否等待响应，如果等待，将等待哪种类型的响应
bit[5:0] CMDINDEX	命令编号	命令索引作为命令消息的一部分发送给卡

该寄存器主要需要关注的有以下几个

• bit[5:0]:SD卡命令索引，命令索引在前一章里面有讲过https://blog.csdn.net/hwx1546/article/details/134091068，主要就是往bit[5:0]写入需要发送的命令编号。
• bit[7:6]:响应类型，SD卡有些命令返回的短响应，有些是长响应，也有些是无响应。

SDIO命令响应寄存器 (SDIO_RESPCMD)

有些SD卡响应数据中会包含命令号，而这个命令号可以通过SDIO的命令响应寄存器获取。

比特位	数值	描述
bit[5:0] RESPCMD	6位命令响应索引	只读位域。包含接收到的最后一个命令响应的命令索引

SDIO响应1/2/3/4寄存器 (SDIO_RESPx)

该寄存器中包含了SD卡的响应数据，其中短响应用到了SDIO_RESP1寄存器,而长响应用到了SDIO_RESP1/2/3/4寄存器

寄存器	短响应	长响应
SDIO_RESP1	卡状态[31:0]	卡状态 [127:96]
SDIO_RESP2	X	卡状态 [95:64]
SDIO_RESP3	X	卡状态 [63:32]
SDIO_RESP4	X	卡状态 [31:1]

SDIO数据相关寄存器

SDIO数据定时器寄存器(SDIO_DTIMER)

该寄存器设置的SDIO数据超时周期，其周期是SD卡总线时钟周期*寄存器值

比特位	数值	描述
bit[31:0] DATATIME	超时值	以卡总线时钟周期表示的数据超时周期。

SDIO数据长度寄存器(SDIO_DLEN)

该寄存器设置的是SD卡读写过程中的需要传输的数据长度。

比特位	数值	描述
bit[24:0] DATALENGTH	数据字节个数	要传输的数据字节数量。

注意:对于块数据传输，数据长度寄存器中的值必须是块大小的倍数。对于SDIO多字节传输，数据长度寄存器中的值必须在1到512之间。

SDIO数据控制寄存器(SDIO_DCTRL)

比特位	数值	描述
bit[11] SDIOEN	0/1	如果将该位置 1，则 DPSM 执行特定于 SD I/O 卡的操作。
bit[10] RWMOD	0：通过停止 SDIO_D2 进行读取等待控制 1：使用 SDIO_CK 进行读取等待控制	读取等待模式
bit[9] RWSTOP	0：如果将 RWSTART 位置 1，则读取等待正在进行中 1：如果将 RWSTART 位置 1，则使能读取等待停止	读取等待停止
bit[8] RWSTART	0：读取等待未开始 1：读取等待开始。	如果将该位置 1，则读取等待操作开始
bit[7:4] DBLOCKSIZE	0000:(十进制数 0)块长度 = 2的0次方= 1 字节 0001:(十进制数 1) 块长度 = 2的1次方 = 2 字节 0010:(十进制数 2) 块长度 = 2的2次方 = 4 字节 0011:(十进制数 3) 块长度 = 2的3次方 = 8 字节 0100:(十进制数 4) 块长度 = 2的4次方 = 16 字节 0101:(十进制数 5) 块长度 = 2的5次方 = 32 字节 0110:(十进制数 6) 块长度 = 2的6次方 = 64 字节 0111:(十进制数 7) 块长度 = 2的7次方 = 128 字节 1000:(十进制数 8) 块长度 = 2的8次方 = 256 字节 1001:(十进制数 9) 块长度 = 2的9次方 = 512 字节 1010:(十进制数 10 块长度 = 2的10次方 = 1024 字节 1011:(十进制数 11) 块长度 = 2的11次方 = 2048 字节 1100:(十进制数 12) 块长度 = 2的12次方 = 4096 字节 1101:(十进制数 13) 块长度 = 2的13次方 = 8192 字节 1110:(十进制数 14) 块长度 = 2的14次方 = 16384 字节 1111:(十进制数 15) 保留	定义在选择了块数据传输模式时数据块的长度
bit[3] DMAEN	0：禁止 DMA 1：使能 DMA	DMA 使能位
bit[2] DTMODE	0：块数据传输 1：流或 SDIO 多字节数据传输	数据传输模式选择
bit[1] DTDIR	0：从控制器到卡 1：从卡到控制器	数据传输方向选择
bit[0] DTEN	如果 1 写入到 DTEN 位，则数据传输开始。根据方向位 DTDIR，如果在传输开始时立即将 RW 置 1开始，则 DPSM 变为 Wait_S 状态、Wait_R 状态或读取等待状态。在数据传输结束 后不需要将使能位清零，但必须更新 SDIO_DCTRL 以使能新的数据传输	数据传输使能位

该寄存器主要需要关注的有以下几个

• bit[1] 数据传输方向:数据传输方向有两个，当我们往SD卡写数据时，方向是SDIO控制器到SD卡。当从SD卡读数据时，方向是从SD卡到SDIO控制器
• bit[2] 数据传输模式:对于SDHC容量的SD卡来说数据传输模式是块数据传输。对于标准SD卡来说数据传输模式则是流或多字节传输
• bit[7:4] 数据块大小:对于SDHC容量的SD卡，数据块大小通常是512字节。数据块大小要是数据长度寄存器的整数倍

SDIO 数据计数器寄存器 (SDIO_DCOUNT)

该寄存器返回的是传输剩余的数据量，只读。

比特位	数值	描述
bit[24:0] DATACOUNT	数据计数值	读取该位时，将返回要传输的剩余数据字节数量。写入没有任何效果。

SDIO状态相关寄存器

SDIO 状态寄存器 (SDIO_STA)

该寄存器是一个只读寄存器，保存了SDIO工作过程中的各种状态。该寄存器中的位被置1则代表该位代表的状态发送，如果为0则代表该位的状态没有发生。

比特位	描述
bit[23] CEATAEND	针对 CMD61 收到了 CE-ATA 命令完成信号
bit[22] SDIOIT	收到了 SDIO 中断 (SDIO interrupt received)
bit[21] RXDAVL	接收 FIFO 中有数据可用 (Data available in receive FIFO)
bit[20] TXDAVL	传输 FIFO 中有数据可用 (Data available in transmit FIFO)
bit[19] RXFIFOE	接收 FIFO 为空 (Receive FIFO empty)
bit[18] TXFIFOE	发送 FIFO 为空 (Transmit FIFO empty)
bit[17] RXFIFOE	接收 FIFO 已满 (Receive FIFO full)
bit[16] TXFIFOF	传输 FIFO 已满 (Transmit FIFO full)
bit[15] RXFIFOHF	接收 FIFO 半满
bit[14] TXFIFOHE	传输 FIFO 半空
bit[13] RXACT	数据接收正在进行中 (Data receive in progress)
bit[12] TXACT	数据传输正在进行中 (Data transmit in progress)
bit[11] CMDACT	命令传输正在进行中 (Command transfer in progress)
bit[10] DBCKEND	已发送/ 接收数据块（CRC 校验通过）
bit[9] STBITERR	在宽总线模式下，并非在所有数据信号上都检测到了起始位
bit[8] DATAEND	数据结束（数据计数器 SDIDCOUNT 为零）
bit[7] CMDSENT	命令已发送（不需要响应）(Command sent (no response required))
bit[6] CMDREND	已接收命令响应（CRC 校验通过）
bit[5] RXOVERR	收到了 FIFO 上溢错误 (Received FIFO overrun error)
bit[4] TXUNDERR	传输 FIFO 下溢错误 (Transmit FIFO underrun error)
bit[3] DTIMEOUT	数据超时 (Data timeout)
bit[2] CTIMEOUT	命令响应超时 (Command response timeout)
bit[1] DCRCFAIL	已发送/ 接收数据块（CRC 校验失败）
bit[0] CCRCFAIL	已接收命令响应（CRC 校验失败）

SDIO 中断清零寄存器 (SDIO_ICR)

当用户往该寄存器的某些位写1时，会将SDIO_STA的对应位清0

比特位	数值	描述
bit[23] CEATAENDC	0：未将 CEATAEND 清零 1：已将 CEATAEND 清零	CEATAEND 标志清零位
bit[22] SDIOITC	0：未将 SDIOITC清零 1：已将 SDIOITC清零	SDIOIT 标志清零位
bit[10] DBCKENDC	0：未将 DBCKENDC清零 1：已将 DBCKENDC清零	DBCKENDC标志清零位
bit[9] STBITERRC	0：未将 STBITERRC清零 1：已将 STBITERRC清零	STBITERRC标志清零位
bit[8] DATAENDC	0：未将 DATAENDC清零 1：已将 DATAENDC清零	DATAENDC标志清零位
bit[7] CMDSENTC	0：未将 CMDSENTC清零 1：已将 CMDSENTC清零	CMDSENTC标志清零位
bit[6] CMDRENDC	0：未将 CMDRENDC清零 1：已将 CMDRENDC清零	CMDRENDC标志清零位
bit[5] RXOVERRC	0：未将 RXOVERRC清零 1：已将 RXOVERRC清零	RXOVERRC标志清零位
bit[4] TXUNDERRC	0：未将 TXUNDERRC清零 1：已将 TXUNDERRC清零	TXUNDERRC标志清零位
bit[3] DTIMEOUTC	0：未将 DTIMEOUTC清零 1：已将 DTIMEOUTC清零	DTIMEOUTC标志清零位
bit[2] CTIMEOUTC	0：未将 CTIMEOUTC清零 1：已将 CTIMEOUTC清零	CTIMEOUTC标志清零位
bit[1] DCRCFAILC	0：未将 DCRCFAILC清零 1：已将 DCRCFAILC清零	DCRCFAILC标志清零位
bit[0] CCRCFAILC	0：未将 CCRCFAILC清零 1：已将 CCRCFAILC清零	CCRCFAILC标志清零位

SDIO 屏蔽寄存器 (SDIO_MASK)

当用户往该寄存器的某些位写1时，该标志位就会产生一个中断。

比特位	数值	描述
bit[23] CEATAENDIE	0：禁止接收到 CE-ATA 命令完成信号时中断 1：使能接收到 CE-ATA 命令完成信号时中断	接收到 CE-ATA 命令完成信号时中断使能
bit[22] SDIOITIE	0：禁止接收到 SDIO 模式中断时中断 1：使能接收到 SDIO 模式中断时中断	接收到 SDIO 模式中断时中断使能
bit[21] RXDAVLIE	0：禁止 Rx FIFO 中有数据时中断 1：使能 Rx FIFO 中有数据时中断	Rx FIFO 中数据可用时中断使能
bit[20] TXDAVLIE	0：禁止 Tx FIFO 中数据可用时中断 1：使能 Tx FIFO 中数据可用时中断	Tx FIFO 中数据可用时中断使能
bit[19] RXFIFOEIE	0：禁止 Rx FIFO 为空时中断 1：使能 Rx FIFO 为空时中断	Rx FIFO 为空时中断使能
bit[18] TXFIFOEIE	0：禁止 Tx FIFO 为空时中断 1：使能 Tx FIFO 为空时中断	Tx FIFO 为空时中断使能
bit[17] RXFIFOFIE	0：禁止 Rx FIFO 变满时中断 1：使能 Rx FIFO 变满时中断	Rx FIFO 变满时中断使能
bit[16] TXFIFOFIE	0：禁止 Tx FIFO 变满时中断 1：使能 Tx FIFO 变满时中断	Tx FIFO 变满时中断使能
bit[15] RXFIFOHFIE	0：禁止 Rx FIFO 半满时中断 1：使能 Rx FIFO 半满时中断	Rx FIFO 半满时中断使能
bit[14] TXFIFOHEIE	0：禁止 Tx FIFO 半空时中断 1：使能 Tx FIFO 半空时中断	Tx FIFO 半空时中断使能
bit[13] RXACTIE	0：禁止数据接收操作中断 1：使能数据接收操作中断	数据接收操作中断使能
bit[12] TXACTIE	0：禁止数据传输操作中断 1：使能数据传输操作中断	数据传输操作中断使能
bit[11] CMDACTIE	0：禁止命令操作中断 1：使能命令操作中断	命令操作中断使能
bit[10] DBCKENDIE	0：禁止数据块结束中断 1：使能数据块结束中断	数据块结束中断使能
bit[9] STBITERRIE	0：禁止起始位错误中断 1：使能起始位错误中断	起始位错误中断使能
bit[8] DATAENDIE	0：禁止数据结束中断 1：使能数据结束中断	数据结束中断使能
bit[7] CMDSENTIE	0：禁止命令发送中断 1：使能命令发送中断	命令发送中断使能
bit[6] CMDRENDIE	0：禁止命令响应接收中断 1：使能命令响应接收中断	命令响应接收中断使能
bit[5] RXOVERRIE	0：禁止 Rx FIFO 上溢错误中断 1：使能 Rx FIFO 上溢错误中断	Rx FIFO 上溢错误中断使能
bit[4] TXUNDERRIE	0：禁止 Tx FIFO 下溢错误中断 1：使能 Tx FIFO 下溢错误中断	Tx FIFO 下溢错误中断使能
bit[3] DTIMEOUTIE	0：禁止数据超时中断 1：使能数据超时中断	数据超时中断使能
bit[2] CTIMEOUTIE	0：禁止命令超时中断 1：使能命令超时中断	命令超时中断使能
bit[1] DCRCFAILIE	0：禁止数据 CRC 失败中断 1：使能数据 CRC 失败中断	数据 CRC 失败中断使能
bit[0] CCRCFAILIE	0：禁止命令 CRC 失败中断 1：使能命令 CRC 失败中断	命令 CRC 失败中断使能

SDIO FIFO相关寄存器

SDIO FIFO 计数器寄存器 (SDIO_FIFOCNT)

该寄存器包含了FIFO写入或读取的剩余字节数

比特位	数值	描述
bit[24:0] FIFOCOUNT	FIFO剩余的字节数	要在 FIFO 中写入或读取的剩余字数

SDIO 数据 FIFO 寄存器 (SDIO_FIFO)

该寄存器用来发生个接收SD卡数据

比特位	数值	描述
bit[31:0] FIFOData	FIFO数据	接收和传输 FIFO 数据