SD卡的寄存器 SD总线协议 CRC算法

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SD卡的寄存器

RCA，16bits，相关卡地址，卡的本地地址，在主机初始化的时候被动态分配
CID，128bits，生产id，oem id，产品名，产品版本，序列号，生产时间
CSD，128bits，关于卡工作条件的专用信息，主要是数据操作方面的
OCR，32bits，工作条件寄存器,主要是电源电压情况寄存器
SCR，64bits，SD配置寄存器，关于卡的特殊性能的寄存器

SD总线协议

通信是通过一个 start位=0 开始，一个 stop位=1 结束

command，开始一个操作。主机发出一个或多个。
一个是address command，多个是broadcast command。
一个command是在cmd线上串行传输的。

response，来自一个卡或者多个卡，给host的，用来相应一个之前接收到的命令。
也是在cmd线上串行传输。

data，host去卡，或者卡去host都可以。读写嘛。通过data线。

command的格式, G(X)＝X^7+X^3+1
对于CMD来说，MSB是先传的
S H [----content38------] CRC7 P

response的格式
S C [----content38------] CRC7 P
R1 : STA --- 48 bits = 6 bytes
R3 : OCR --- 48 bits = 6 bytes
R6 : RCA --- 48 bits = 6 bytes
R2 : CID --- 136 bits = 17 bytes
R2 : CSD --- 136 bits = 17 bytes

数据包的格式 : CRC算法。多项式产生是通过标准的CCITT格式：x16＋x12＋x5＋1

1 bit : S MSB4095------------LSB0 CRC16 P

DATA3 : S MSB4095------------LSB0 CRC16 P
DATA2 : S MSB4095------------LSB0 CRC16 P
DATA1 : S MSB4095------------LSB0 CRC16 P
DATA0 : S MSB4095------------LSB0 CRC16 P

功能描述

host是个master的角色。它控制着和sd卡的通信。host会发出两种命令。

广播命令，给所有的sd卡。有些命令需要一个回复。
指定命令，也就是点对点命令。给一个指定的卡，并且需要回复。

sandisk的卡支持两种操作模式

card indentification模式，
reset之后，当host查找新插入的卡时，host会进入这个模式。
卡将会进入这个模式在重其后，直到SET_RCA被收到。
这个模式通常有idle，ready，identification这几种状态。

data transfer模式，
sd卡会进入这个模式，当RCA被先公布后。
host会进入这个模式当识别了总线上的卡后。
这个模式通常有standby，transfer，send data，receive data，
programming，disconnect等状态。

先看card identification模式 **************************************************

在这个模式里面啊，host会重置所有的卡，验证工作电压的范围，
验证并且请求卡去发布RCA。这件事是每个卡独立干的，通过CMD。
所有的数据通信在这个模式都只用CMD线。

1.先看reset : GO_IDLE_STATE(CMD0)

软件重启命令是GO_IDLE_STATE(CMD0)，会把每个卡都弄到idle的状态，
不管卡当时是什么状态。这个处理方法很好，多样问题单一化，处理起来方便有效。
有一个特例，在inactive状态的卡不受影响。
在上电或CMD0后，所有的卡的CMD线都是输入模式了，都等待start bit。
此时的卡有一个默认的相关地址（RCA＝0x0000）和
一个默认的驱动寄存器值的配置（低速，高驱动电流能力）

2.那么下面看看操作电压的验证 : SD_SEND_OP_COND(ACMD41)
(MMC卡对ACMD41不支持。mmc的初始化也有点不同。)

虽然sda规定了一个区间，这个区间内的电压都要被支持。但是有些卡就是不支持。
所以host需要去OCR寄存器中看看，能选就选，不能选就把卡吐出来。
SD_SEND_OP_COND(ACMD41)是用来给host来验证卡，或者发现电压不兼容来吐卡的机制。
host发个电源区间给卡，如果卡不能接受，那么就要进入非活跃状态。

通过用命令发出电压区间，host可以知道那些不兼容的卡，
并且是在把这些超出电压区间的卡踢入非活跃之前。
sandisk的卡在ACMD41的时候，会通过busy告诉host，卡是不是在上电或者重启的过程中，
还没能为通信准备好。这样的化，host就要不停的发ACMD41，知道busy没有。
在初始化过程那，host不能改变OCR，即使改了，卡也会忽略它。
如果真的想改，那么请用CMD0，把卡重置。
如果卡在非活跃状态，请先断电再上电

GO_INACTIVE_STATE(CMD15)能把卡打入非活跃状态。
主机当不想这个卡工作的时候会用CMD15，比如主机的电压改变成卡无法支持的了。

3.紧接着看看卡识别的过程 : ALL_SEND_CID(CMD2) SEND_RELATIVE_ADDR (CMD3）
host是通过识别时钟速率fod来开始的，在sd卡中，CMD线输出驱动是上拉下拉驱动。
当总线开始工作，主机会请求卡发出他们的有效操作条件。ACMD41的相应是卡的OCR。
同样的命令会发到所有的卡上。不兼容的卡就会进入非活跃状态。
host发出ALL_SEND_CID(CMD2)以得到各个卡的CID，没有被认出的卡就通过CMD线
发出CID以相应。当卡发出CID后，就会进入识别状态。其后那，
host会发出CMD3（SEND_RELATIVE_ADDR），请求卡发出一个相关地址RCA，这个比CID短，
这个地址以后就用作将来数据传输用的地址。
当RCA被收到后，卡的状态就进入stand-by了，
在这时候，如果host想让卡有另外的一个RCA数字，可以通过SEND_RELATIVE_ADDR来做。
最后得RCA就是实际的相关卡地址了。

当所有的SD卡都被初始化后，host会出世mmc，通过CMD2和CMD3，这些在MMC规格中有提到。

host发出SEND_CSD(CMD9)来得到一些卡的专用数据，比如block length等等。

现在看看卡的数据传输模式 *****************************************************

1.CMD7可以将卡置在传输模式。( 卡选择 )
只有一个卡可以在一个时间内在这个状态。
如果一个之前的卡在这个状态，那么与host的连接将会释放，并且回到stand－by模式，
当CMD7被发出保留相关卡地址0x0000，所有的卡传输都回到stand－by状态。
这个可以用来识别新插入卡，并且不会重置以及注册的卡。
以及有RCA的卡，不需要对识别命令相应。

取消选择发生在一个特定的卡在重试CMD7的时候，发现RCA不匹配。
在另外一个卡和CMD线通用的时候，会自动发生。
因此，在SD卡系统中，系统需要负责做二选其一的事情。
A. 初始化后，通过公用CMD线工作，在这个情况下，取消选择会自动发生
B. 有意识去取消选择，如果CMD线是分开的

所有的数据通信在数据传输模式都是点对点的。
所有的命令都会有个在CMD线上的相应。

2.停止命令CMD12
能够忽略所有的读命令在任何时候，数据传输会中止，并且卡会返回到传输状态，
读命令能够阻止块读CMD17，多块读CMD18，发送写保护CMD30，
发送SCR ACMD51，和general命令在读模式中CMD56。

能够中止所有的数据写命令在任何时候。写命令必须在取消选择CMD7之前停止。
写命令被块写CMD24、CMD25，写CSD（CMD27），锁和解锁（CMD42），
和在写模式的通用命令（CMD56）阻止。

当数据传输完成的时候，sd卡会在数据写状态。
之后如果写成功了，那么就去编程状态，
如果失败了，就去传输状态。

如果block写操作被停止，并且block长度的crc是有效的，数据会被写入。

卡可以提供块写入的缓冲，下一个块可以在之前的块被写入的时候往卡里发送，
如果所有的卡buffer都满了的话，sd卡就会在编程状态，DAT0线会被拉低

**没有buffer提供给写CSD，写保护，和擦除。

当卡在忙于一个命令或前面的命令的时候，DAT0会被保持为低并且在编程状态。
实际上，如果CMD和DAT0被分开，并且host保持DAT0为忙，
并且和其他卡的DAT0是分开的时候，host可能会读写其他卡如果这个卡是忙的时候。

如果卡在编程中，参数设置命令是不被允许的。
参数设置涉及块长度CMD16，擦除块开始CMD32，和擦除块结束CMD33。
如果卡在编程中，读命令是被不会允许的

把另外一张卡从stand－by转到传输状态的时候（CMD7），不会中止编程操作。
卡会切换到非连接状态，并且释放DAT线。

通过CMD7，一个卡可以在非连接状态被重新选择。
在这个情景下，卡会去编程状态，并且激活busy的鉴别状态。

重置卡通过CMD0，CMD15，会中止如何挂起或有效的操作，这个有可能破坏卡上的数据。
host有责任去阻止对数据的潜在伤害。

宽总线的选择和取消选择 *******************************************************

在上电或者GO_IDLE后的默认的宽度是1bit。
4bits当然就是宽的了，是通过ACMD6来选择的。
ACMD6只在传输状态有效。也就是说只有在CMD7，一个卡被选择了后，总线宽度才能改变。

下面看一下擦除 ***************************************************************

通过ERASE_WR_BLK_START(CMD32),ERASE_WR_BLK_END(CMD33)，来伴随着块写入的完成。
host发命令的顺序必须是CMD32,CMD33,和ERASE（CMD38）。
如果这三个命令没有安装这个顺序，那么ERASE_SEQ_ERROR就会被置高，并且重置所有的顺序。
如果一个乱序的命令（除了SEND_STATUS）被接收了，
卡会把ERASE_RESET设置，重置擦除的顺序并且执行最后的命令。

在擦除中的块会把DAT0拉低。实际的擦除时间可能有点长，
host可能会用CMD7来释放卡的连接，来干别的事情。

卡被擦除了后，可以为0，可以为1，决定于制造商。
可以通过DATA_STAT_AFTER_ERASE(bit55)来定义0、1。

SD卡和MMC卡的异同 ************************************************************

两者在外型的规格上是几乎一致, 接口是兼容的. 两者可以用同一个卡座来进行读取.
而且, 两者在时序上也是一致的, 读写命令控制也完全一样.

在数据位宽方面, MMC卡最大支持8BIT, 而SD卡只能支持4BIT传输.
在卡的激活过程, MMC使用CMD1来进行激活, 而SD卡使用ACMD41来进行激活的.
在获取卡的RCA地址时, MMC卡是由主机分配RCA给设备, 而SD卡则是由设备返回RCA给主机.

MMC有EXT_CSD的概念, 主要用CMD8进行读取, CMD6进行设置.
SD卡则只用CMD6进行UserFunction的设置.
SD卡的CMD8主要用于区别SD1.0和SD2.0

MMC卡还支持CMD11, CMD20这类数据流操作.
MMC还支持CMD14和CMD19进行主线测试, 主要用于检查是否支持8bit, 4bit的数据位宽,
从而选择合适总线进行通信. CMD14发送一个数据包, 再用CMD19读回该数据包, 进行校验.
SD则不支持.

一般来说刚上电时,

SD卡不支持CMD1而支持CMD55,

MMC卡不支持CMD55而支持CMD1.

通过CMD8来区分SD1.1和SD2.0卡,

通过ACMD41来区分SD2.0 SDSC or SDHC.

 

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