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簡介

AT32 MCU的主機模塊（SDIO）在AHB外設總線和多媒體卡（MMC）、SD存儲卡、SDIO卡間提供了操作接口。SD儲存卡和SDIO卡的系統規格書可以通過SD卡協議網站。多媒體卡系統規格書由MMCA技術委員會發布，可以在多媒體卡協會的網站上獲得。1、SD Card：SDSC/SDHC/SDXC，支持的卡最大容量不同，支持1bit或4bit傳輸，0-25MHz或0-50MHz的傳輸模式。2、MMC Card：支持1bit，4bit或8bit傳輸，0-20MHz，0-26MHz或0-52MHz的傳輸模式。3、SDIO Card：一種使用SD接口協議，支持多功能的卡，比如wifi卡，GPS卡，藍牙卡等等。

SDIO主要結構

SDIO包含4個部分：1、SDIO適配器模塊：由控制單元、命令單元和數據單元所組成，實現所有MMC/SD/SDIO卡的相關功能，如時鐘的產生、命令和數據的傳送

控制單元：管理并產生時鐘信號
命令單元：管理命令的傳輸
數據單元：管理數據的傳輸

2、AHB接口：產生中斷和DMA請求信號3、適配器寄存器：SDIO寄存器4、BUF：用于數據傳輸校準功能圖1. SDIO框圖

所有數據線配置為復用推挽模式。SDIO_CMD和SDIO_D[7：0]可雙向通信，應外接上拉電阻或內部上拉。
SDIO使用一個時鐘信號：SDIO適配器時鐘（SDIOCLK=AHB總線時鐘（HCLK））。
復位后默認情況下SDIO_D0用于數據傳輸。初始化后主機可以改變數據總線的寬度?？蛇x1bit(SDIO_D0)、4bit(SDIO_D[3：0])、8bit(SDIO_D[7：0])三種數據總線的寬度。

表1. SDIO外部引腳說明

SDIO總線通信

總線上的通信是通過傳送命令和數據實現。
1、在多媒體卡/SD/SDIO總線上的基本操作是命令/響應結構。2、在SD/SDIO Card上傳送的數據是只能以數據塊的形式傳輸；在MMC Card上傳送的數據是以數據塊或數據流的形式傳輸。圖2. SDIO命令“無響應”和“有響應”操作圖3. SDIO（多）數據塊讀操作圖4. SDIO（多）數據塊寫操作注意：當有Busy（繁忙）信號時，SDIO（SDIO_D0被拉低）將不會發送任何數據。圖5. SDIO MMC卡數據流讀操作圖6. SDIO MMC卡數據流寫操作

SDIO功能

SDIO時鐘

1）SDIO_CK是MCU端輸出到卡的時鐘：每個時鐘周期在命令和數據線上傳輸1bit命令或數據。2）SDIO_CK信號的兩下降沿之間為一個時鐘周期，硬件在上升沿捕獲數據。3）當啟動了省電模式并且卡總線處于空閑狀態（命令通道和數據通道子單元進入空閑階段后的8個時鐘周期）。圖7. 開啟省電模式的命令/響應波形圖4）支持多達10位分頻系數，也就是1024級分頻，此時可得SDIO_CK頻率=SDIOCLK/[CLKPSC[9：0]+2]。5）可以使用bypass模式，輸出一個不分頻的時鐘，SDIO_CK頻率=SDIOCLK。6）硬件流控模式，可在數據傳輸即將發生上溢或者下溢的時候，通過停止SDIO_CK防止溢出。7）可以配置CLKEDG bit來選擇時鐘的產生。SDIO_CK可實現略微偏移（半個SDIOCLK）。8）應用時，SD卡初始化的時候SDIO_CK不能大于400kHZ，之后的時鐘頻率由對應卡型號限制。
SDIO時鐘配置相關函數

配置SDIO時鐘

使能省電模式

使能SDIO時鐘bypass模式使能硬件流控模式設置SDIO電源使能SDIO時鐘輸出SDIO時鐘初始化舉例：

命令通道

1）命令通道單元通過SDIO_CMD向卡發送命令并從卡接收響應。2）命令超時，即等待卡響應的時間，固定為64個SDIO_CK時鐘周期。這個由通信協議決定，固定不可配置。3）可以置位WAITPEND bit，命令只有在數據傳輸完之后才由硬件自動發出，而不是立刻發出。多用于流數據的傳輸模式，目的是保證中止命令可以精準地停止卡的數據傳輸。表2. 命令格式4）根據該命令的需要，可配置等待響應位(Wait for response bits)來指示CPSM是否需要等待響應。具體可配置為：1、無響應；2、短響應；3、長響應。表3. 短響應格式表4. 長響應格式5）當設置SDIO_CMDCTRL寄存器的CCSMEN位，控制器開始發送命令。命令發送完成時，命令通道狀態機（CCSM）設置命令通道狀態標志并在不需要響應時進入空閑狀態。當收到響應后，接收到的CRC碼將會與內部產生的CRC碼比較，然后設置相應的狀態標志。圖8. 命令通道狀態機（CCSM）6）當CMDRSPCMPL、CMDFAIL、CMDCMPL、CMDTIMEOUT置位后，命令通道狀態機（CCSM）都會回到Idle狀態。而DOCMD置位時，CPSM處于除Idle以外的任何狀態。表5. 命令通道標志命令通道配置相關函數配置命令通道狀態機使能命令通道狀態機

命令通道初始化舉例：

數據通道

1）數據通道單元通過SDIO_D[7：0]在主機與卡之間傳輸數據。圖9. 數據通道狀態機（DCSM）2）數據BUF（先進先出）子單元是一個具有發送和接收單元的數據緩沖區。3）BUF包含一個每字32位寬、共32個字的數據緩沖區，共128Byte。表6. 數據令牌格式4）DOTX和DORX由數據通道單元設置而且是互斥的：

當DOTX標志有效時，BUF代表發送數據緩沖區。（DPSM處于Wait_R或者Receive狀態）
當DORX標志有效時，BUF代表接收數據緩沖區。（DPSM處于Wait_S或者Send狀態）

表7. 發送BUF狀態標志表8. 接收BUF狀態標志

SDIO_D[7：0]時序1）在塊模式下，發送完數據后，卡會返回一個確認CRC的序列，數據通道狀態機（DCSM）在等待“這個序列和Busy結束”時有超時控制，超時時間由SDIO數據定時器寄存器（SDIO_DTTMR）設置。2）卡端返回的CRC status（5bit）只會發送在SDIO_D0上，卡端收到正確的數據（CRC正確）后發出的序列為“00101”，若是錯誤的數據（CRC錯誤）的序列為“01011”。3）數據通道狀態機（DCSM）在WAIT_R等待接收數據時也有超時控制，超時時間也由SDIO數據定時器寄存器（SDIO_DTTMR）設置。4）在塊模式下的數據傳輸總個數一定要是block size的整數倍。當一個塊發送完后需要收到“CRC序列和Busy結束”時，硬件才會發送下一個數據塊。在流模式下不需設定blocksize的大小。圖10. 1bit數據傳輸方式圖11. 4bit數據傳輸方式圖12. 8bit數據傳輸方式數據通道配置相關函數配置數據通道狀態機使能數據通道狀態機設置數據總線寬度

數據通道初始化舉例：

SDIO AHB接口

1）AHB接口產生中斷和DMA請求，并訪問SDIO接口寄存器和數據BUF。它包含一個數據通道、寄存器譯碼器和中斷/DMA控制邏輯。2）SDIO中斷：當至少有一個選中的狀態標志為高時，中斷控制邏輯產生中斷請求。中斷屏蔽寄存器用于選擇可以產生中斷的條件，如果設置了相應的屏蔽標志位，則對應的狀態標志可以產生中斷。表9. SDIO中斷屏蔽寄存器3）DMA接口：DMA主要用于在SDIO BUF和Memory之間傳輸數據。

BUF在接收數據時，RXBUFH標志作為DMA接收請求。
BUF在發送數據時，TXBUFH標志作為DMA發送請求。

SDIO中斷/DMA配置相關函數

SDIO中斷配置函數

SDIO DMA使能函數使能SDIO DMA接收數據舉例：

數據傳輸模式

當SD/MMC卡需要讀/寫數據時，可以配置、使能SDIO主機的數據通道后，通過PIO模式或DMA模式來讀/寫SDIO的數據BUF的方式實現。

PIO模式

SDIO的數據BUF共128字節，讀/寫數據共用。根據SDIO主機數據通道所配置的傳送方向來判斷讀或寫數據BUF。在讀取數據BUF接收數據時，用戶查詢SDIO_STS寄存器的RXBUFH標志位，如置位可讀取8字節的數據，最后再查詢RXBUF標志位，以讀完剩余小于8字節的未讀數據。在寫入數據BUF發送數據時，用戶查詢SDIO_STS寄存器的TXBUFH標志位，如置位可寫入最多8字節的數據，直至寫完所有待發送的數據。當在PIO模式下運行時，用戶都必須確保輪詢狀態。

DMA模式

DMA模式是訪問數據BUF的另一種選擇。使用DMA控制器來代替CPU對數據BUF的訪問，可以節省CPU運行的時間。使用DMA控制器之前，要先使能SDIO的DMA模式，再去設置DMA控制器的功能，最后使能與數據BUF讀或寫相關的中斷，用以判斷數據BUF讀/寫是否完成，是否有數據校驗錯誤等。控制方式和范例可以參照BSP里的demo。SDIO用DMA模式讀或寫數據BUF時，只能以WORD為最小傳輸單位。DMA的長度需換算成WORD單位，數據寬度也必須選擇WORD。DMA模式相關配置函數SDIO的DMA模式使能SDIO的中斷使能

SDIO主機接口初始化

初始化SDIO主機

這部分介紹了如何去初始化SD/MMC主機接口來建立命令通道和數據通道去初始化 SD/MMC卡。圖13. 初始化SD/MMC主機接口流程圖時鐘配置SDIO使用一個時鐘信號：SDIO適配器時鐘（SDIOCLK=AHB總線時鐘（HCLK））。SDIO_CK的時鐘配置對于SD/MMC卡初始化配置時，該時鐘范圍在100到400KHz。

SD卡初始化

SD卡上電和初始化的流程可參考協議”SD Physical Layer Specification Version 2.00”來實現，并由此來配置命令通道和數據通道去識別和初始化SD卡。圖14. SD卡識別和初始化流程圖SD卡的上電和初始化發送CMD0：軟件復位命令，將卡置于空閑狀態。發送CMD8：根據卡端的響應識別SD卡的版本型號和支持的電壓范圍。

如果卡端回復了響應，這說明是V2.00或更新的SD卡。再判斷響應是否有效，如響應無效，則支持的電壓范圍不兼容；如有效，則支持的電壓范圍是兼容的。
如果卡端沒有回復響應。則說明是V2.00或更新的SD卡（沒有匹配支持的電壓），或是V1.X的SD卡，或是沒有連接SD卡。

發送ACMD41：獲取SD卡的OCR(Operation Conditions Register)。

讀取OCR中的Busy(Card power up status)bit，判斷SD卡的上電過程是否完成，直到該位置1說明上電完成。
讀取OCR中的CCS(Card Capacity Status)bit，判斷該卡是高容量或是標準容量的V2.00的SD卡。

SD卡的識別過程發送CMD2：獲取SD卡的CID(Card IDentification)Register。發送CMD3：獲取SD卡的相對地址。發送CMD9：獲取SD卡的CSD(Card Specific Data)Register。配置SD卡的數據總線寬度1）發送ACMD6：改變SD卡的數據總線寬度（可支持1-bit或4-bit線寬）2）配置SDIO主機的數據總線寬度線寬。總線寬度設置函數

配置SD卡數據總線寬度舉例：

MMC卡初始化

MMC卡上電和初始化的流程可參考協議”MultiMediaCard (MMC) Electrical Standard(MMCA, 4.2)”來實現，并由此來配置命令通道和數據通道去識別和初始化MMC卡。圖15. MMC卡識別和初始化流程圖MMC卡的上電和初始化發送CMD0：軟件復位命令，將卡置于空閑狀態。發送CMD1：獲取MMC卡的OCR(Operation Conditions Register)。

讀取OCR中的Busy(Card power up status)bit，判斷MMC卡的上電過程是否完成，直到該位置1說明上電完成。

MMC卡的識別過程發送CMD2：獲取MMC卡的CID(Card IDentification)Register。發送CMD3：設置MMC卡的相對地址。發送CMD9：獲取MMC卡的CSD(Card Specific Data)Register。配置MMC卡的數據總線寬度1）發送CMD6：改變MMC卡的數據總線寬度（可支持1-bit或4-bit或8-bit線寬）2）配置SDIO主機的數據總線寬度線寬?？偩€寬度設置函數

配置MMC卡數據總線寬度舉例：

SDIO主機接口讀/寫 SD/MMC卡

讀/寫SD卡

在讀/寫SD卡時，只能以數據塊的方式進行讀/寫。當SD卡上電并初始化完成，由空閑狀態進入傳輸狀態后，就可以進行SD卡的讀/寫操作。圖16. SD卡狀態圖（數據傳輸模式）在初始化完成后，SD卡進入Stand-by狀態，需發送CMD7根據相對地址去選中SD卡，此時可進入到transfer狀態，便可以進行SD卡的讀/寫操作。

發送CMD13：獲取SD卡狀態。

發送CMD16：設置SD卡單塊的大小。下面的命令是用于讀/寫單塊或多塊的數據：

CMD1：讀單塊數據。

CMD18：讀多塊數據。

CMD23：寫單塊數據。

CMD24：寫多塊數據。

讀/寫MMC卡

在讀/寫MMC卡時，可以以數據塊或數據流的方式進行讀/寫。當MMC卡上電并初始化完成，由空閑狀態進入傳輸狀態后，就可以進行MMC卡的讀/寫操作。圖17. MMC卡狀態圖（數據傳輸模式）在初始化完成后，MMC卡進入Stand-by狀態，需發送CMD7根據相對地址去選中MMC卡，此時可進入到transfer狀態，便可以進行MMC卡的讀/寫操作。發送CMD13：獲取MMC卡狀態。發送CMD16：設置MMC卡單塊的大小。