sd卡裸代码的实现

1. 前言

本文的目的是学习如何操作sd卡，及了解sd相关协议。所以基于s3c6410平台的sd/mmc host控制器，实现了通过fatinfo/fatls/fatload命令获取sd卡信息/文件列表/读取卡中文件里的内容的功能。在实现过程中，主要参考了uboot，linux kernel mmc子系统，sd协会的sd物理层协议规范和sd host控制器协议规范，以及网络上相关学习资料。

首先介绍一下MMC，SD，SDIO等之间的关系，如下图所示。

• MMC卡（MultiMediaCard）: 是一种快闪存储器卡标准。技术基于东芝的NAND闪存技术。比早期基于Inter NOR快闪技术的记忆卡（如CF卡）体积更小。
• eMMC（Embedded MultiMediaCard）：将NAND flash+主控IC封装在一起的IC芯片，一般是BGA封装。主要针对手机等产品的内嵌式存储器标准规格。
• SD卡（Secure Digital Memory Card）：数据传送和物理规范等在MMC的基础上发展而来，强调安全，速度比2.11版的MMC卡更快。SDSC卡容量<=2GB，SDHC的为2GB~32GB、SDXC的为32GB~2TB。miniSD卡体积比SD卡小，而microSD卡则更小。
• SDIO：SD卡接口的基础上发展起来的外设接口，不止科技SD卡，还可以接蓝牙、wifi、电视卡等。
• TF卡（Trans-flash Card）：2004年正式更名为Micro SD卡。

为了更直观感受这些卡的差异，我找了几张这些卡的图片，如下图所示。

2. 读写sd card的框架实现

本文实现的框架如下图所示，总共由3层组成。

• 命令层：负责获取sd卡信息、列出sd卡中文件、读写sd卡数据的命令。
• 文件系统和驱动层：负责管理、读取card中文件数据。
• 硬件层：由sd host和sd卡组成。

3. sd card操作的流程实现

3.1 sd init流程

sd init流程如下图所示，首先对host进行初始化，然后再对sd卡进行识别。

host初始化流程如下图所示，主要是配置gpio pin脚，对host复位，配置clk，决定是否使用dma，使能int等。

sd卡识别流程如下图所示，首先复位card进入idle状态，然后检查卡是否可在提供的电压下工作，及使card启动sd2.0新功能。然后依次判断是否是sdio、sd卡或mmc卡。在识别到sd卡后，会获取card id、相对地址、块大小，并使card进入transfer态，设置bus宽度。本流程中sdio、mmc的识别暂未实现。

在host控制器初始化时，需要clk系统给sd host和sd卡提供clk，本文档中配置的这两个clk都是12MHz，clk示意图如下所示。

3.2 sd卡读数据流程

下图是sd卡读取数据流程，通过fatinfo/fatls/fatload命令，可以分别读取sd卡容量，获取sd卡文件列表，读取sd卡中文件的数据。命令的实现和fat fs的处理，我是从uboot中移植的，具体处理流程可参考我后面的代码，这里不再细述。

下图是底层驱动读取sd卡数据的流程，本文档中使用的dma传输数据，所以首先配置dma相关参数，并配置传输模式，然后发送读块命令，等待每个dma传输完成，及最终所有的数据传输完成的irq，然后结束数据传输过程。

3.3 sd卡写数据流程

目前暂未实现，待后续补充。

4. 代码实现

代码由下面这些文件组成。cmd中实现的是fatinfo/fatls/fatload命令，fs中实现的是fat文件系统，main.c中实现的是sd卡和host驱动。

具体的源码可在下面地址中获取：

https://download.csdn.net/download/chuanzhilong/10419251

5. 总结

本文档中，主要实现了获取sd卡信息、获取文件列表、获取卡中文件数据的功能，并且这些功能是通过轮询dma等中断完成的。还未实现向卡里写数据的功能，以及中断方式读写数据，接下来继续完善这部分功能。

6. 参考文档

[1] sd物理层协议规范，Part1_Physical_Layer_Simplified_Specification_Ver6.00.PDF，https://www.sdcard.org/downloads/pls/index.html

[2] sd host控制器协议规范， PartA2_SD Host_Controller_Simplified_Specification_Ver4.20.PDF，https://www.sdcard.org/downloads/pls/index.html