imx6ull-qemu 裸机教程2：USDHC SD卡
文章目录
- 1 6UL的USDHC简介
- 1.1 USDHC Block Diagram
- 1.2 USDHC支持的模式
- 1.3 外部信号
- 1.4 Data Buffer
- 1.5 ADMA
- 1.5.1 ADMA Engine
- 1.5.2 ADMA2 Descriptor格式
- 1.6 Register
- 2 SD协议简介
- 2.1 SD总线拓扑
- 2.2 SD总线协议
- 2.3 SD卡功能描述
- 3 QEMU SD卡读写demo
- 3.1 USDHC层
- 3.1.1 usdhc控制器初始化
- 3.1.2 usdhc发送命令
- 3.1.3 usdhc接收响应
- 3.1.4 usdhc读取一个block
- 3.1.5 usdhc写入一个block
- 3.2 SD协议层
- 3.2.1 sd_card.h
- 3.2.2 SD卡初始化
- 3.2.3 SD卡读写
- 3.3 测试函数
- 4 移植FATFS
- 4.1 FATFS初始化
- 4.2 FATFS读写函数
- 4.3 其他函数实现
- 4.4 测试
- 4.4.1 创建测试文件系统
- 4.4.2 测试函数
1 6UL的USDHC简介
6UL USDHC(Ultra Secured Digital Host Controller)是一个很强大的IP。它支持SD/SDIO/MMC协议。
USDHC的IP很复杂，光寄存器就有30多个，每一个寄存器都是十几个控制位。这里为了简化demo，只支持了QEMU上的SD标准卡的读写，很多USDHC的功能都没用到，因此本节着重用到的一些功能做介绍。USDHC IP详细的文档参考6UL Reference Mannual，Chapter 58
Ultra Secured Digital Host Controller (uSDHC)
1.1 USDHC Block Diagram
- CLK(input):外部输入时钟
- CLK(output):外部输出时钟，主要用于SD卡的SCK。
- CMD(input)/(output):input是卡输入到USDHC的CMD信号，output是USDHC到卡的CMD信号。
- DATA[7:0]:同样的，input是外部卡输入到USDHC，output是USDHC输出到卡，用的是同一个引脚，只是在IP内部是分input，output。
- DLL:用于输入信号延时。当输入信号从SD卡到USDHC内部时，是有延时存在的，而此时如果用USDHC的CLK去采样，会导致采样的数据出现偏差，因此DLL会对USDHC内部的CLK进行delay去适应CMD,DATA线的延时。有一些卡有外部DQS，那可以使用外部DQS。
- Interrupt Generator:USDHC中产生中断的模块，当有中断发生后，Interrupt会产生IRQ信号给CPU。
- Register Bank:CPU使用IPS Bus访问，软件访问USDHC的接口。
- PIO,Buffer Control,TX/RX Buffer, SRAM, 这一部分都是跟USDHC内部的数据输入输出有关，对于软件来说是透明的。
- DMA:USDHC内部有多种DMA用于搬运数据
- CMD_CTRL,DATA_CTRL,CLK_CTRL:通过寄存器里的配置产生CMD，CLK和DATA，然后输出到SD总线上。
1.2 USDHC支持的模式
USDHC对于SD卡的支持如下:
- SD 1-bit
- SD 4-bit
- Identification Mode (up to 400 kHz)
- SD/SDIO full speed mode (up to 25 MHz)
- SD/SDIO high speed mode (up to 50 MHz)
- SD/SDIO UHS-I mode (up to 208 MHz in SDR mode, up to 50 MHz in DDR mode)
demo中使用了SD-4bit， SD/SDIO full speed mode。
1.3 外部信号
demo中用到了SD1_CLK, SD1_CMD, SD1_DATA0/1/2/3,这些pin的iomux默认ALT0就是USDHC1的引脚，因此在代码中不需要去配这些pin的iomux。
1.4 Data Buffer
USDHC用了一个可以配置的data buffer来传输SD bus的数据。 这个data buffer是在SD卡和CPU之间的一个临时性buffer。 读写watermark level都是可配置的，大小从1到128 word(512 bytes)。每一笔读写的burst length也可以配置，最大31个word。
USDHC 提供了三种访问data buffer的方式:
- CPU 轮询
- 外部DMA
- 内部DMA:包括Simple DMA和ADMA。
demo中使用了第三种的ADMA的方式来进行数据读写。
1.5 ADMA
1.5.1 ADMA Engine
USDHC内部DMA实现了一个DMA和AHB主机。
在SD Host Controller标准中，定义了一种叫ADMA的传输算法。对于以前的simple dma来说，一旦一个page传输完成，就会产生一个中断给CPU，然后CPU需要重新去写DMA的系统地址。
ADMA定义了一种可编程的ADMA descriptor标。主机驱动能自动计算出下一个page的地址而不需要在传输完一个page后再去重新写DMA的寄存器。这就减少了SD控制机像CPU中断的次数，提高了吞吐。
USDHC 实现了两种ADMA:
- ADMA1: 只支持4K对齐的内存地址。
- ADMA2：没有对齐的限制。
两种ADMA的descirptor表是不同的，文中使用了ADMA2。
ADMA能够识别不同的descriptor，如果"END"标志位被设立了，那么在ADMA执行完该descriptor后就会停止。
1.5.2 ADMA2 Descriptor格式
ADMA2包含以下几种descriptor：
- Valid/Invalid descriptor.
- Nop descriptor.
- Rsv descriptor.
- Set data length & address descriptor.
- Link descriptor.
- Interrupt flag & End flag
ADMA2 descriptor的格式如下图，每一个descriptor占用64个bit：
- [63:32]存放着改描述符指向的内存地址
- [31:16]存放该描述符传输块的长度
- [5:4]是该描述符的属性，00为NOP描述符，01位Rsv描述符，10为传输描述符，11为Link描述符。
- [2]为中断使能位，当该描述符传输完成后，是否要产生DMA中断。
- [1]为END标识符，标识该描述符为最后一个描述符
- [0]为Valid标识符，标识该描述符是否是一个有效的描述符
ADMA2描述符的数据结构如下图： - System address register存着描述符表的地址，即第0个描述符的地址
- 如果该描述符不是link描述符，那么硬件会顺序的往下取描述符
- 如果该描述符是link描述符，那么硬件下一个会去查找到link的那个描述符。
USDHC会根据当前描述符去做数据搬运操作。
1.6 Register
USDHC的寄存器非常多而且demo中只用到了一部分寄存器，这里不一一介绍了，在第三节中通过代码来介绍所使用到的寄存器。
2 SD协议简介
[注：本节节选自SD2.0标准协议完整版]
SD卡协议也非常长，这里只截取了部分重要的概念，同样的没办法列出所有SD协议的细节，在第三节中通过代码来介绍所使用的SD卡协议。
2.1 SD总线拓扑
SD 总线包含下面的信号：
CLK： 时钟信号
CMD： 双向命令/响应信号
DAT0-DAT3： 双向数据信号
Vdd，Vss1，Vss2： 电源和地信号
SD 卡总线有一个主(应用),多个从(卡)，同步的星型拓扑结构(图3-2)。时钟，电源和
地信号是所有卡都有的。命令(CMD)和数据(DAT0-3)信号是根据每张卡的，提供连续地点对点连接到所有卡。
在初始化时，处理命令会单独发送到每个卡，允许应用程序检测卡以及分配逻辑地址给物理卡槽。数据总是单独发送(接收)到(从)每张卡。但是，为了简化卡的堆栈操作，在初始化过程结束后，所有的命令都是同时发送到所有卡。地址信息包含在命令包中。
SD 总线允许数据线的动态配置。上电后，SD 卡默认只使用DAT0 来传输数据。初始化之后，主机可以改变总线宽度(使用的数据线数目)。这个功能允许硬件成本和系统性能之间的简单交换。
2.2 SD总线协议
SD 总线的通信是基于命令和数据流的。由一个起始位开始，由一个停止位终止。
● 命令(Command)：命令就是一个标记，用于发起一个操作。由主机发送到单个卡(寻址命
令)或者所有卡(广播命令)。命令在CMD 线上是连续传输的。
● 响应(Response)：响应是一个标记，从寻址的卡或者所有卡(同步)发送给主机，作为向
前接收到的命令的回答。响应也是在CMD 线上连续传输的。
● 数据(Data)：数据可以从主机到卡，也可以从卡到主机。通过数据线传输。
卡片寻址通过使用会话地址来实现，会话地址会在初始化阶段分配给卡。命令，响应和数据块的结构在第4 章中描述。SD 总线上的基本交互是命令/响应交互(表格3-4)。这种总线交互直接在命令或者响应的结构里面传输他们的信息。此外，一些操作还有数据内容。
SD 卡发送或接收的数据在块(block)中完成。数据块以CRC 位来保证成功。目前有单块或多块操作。注意：多块操作模式在快速写操作时更好一点。多块传输以命令线上的结束命令为结束标志。主机端可以配置单线还是多线传输。
块写操作使用简单的busy 来表示DAT0 数据线上的持续写操作，不管使用几线传输。
2.3 SD卡功能描述
主机和卡之间的交互都是由主机控制的。主机发送两种命令：广播命令，寻址(点对点)
命令。
● 广播命令
广播命令的目的是所有的卡。部分命令需要响应。
● 寻址(点对点)命令
寻址命令是发送给对应地址的卡的，并且会引起这张卡的响应。命令流程的简介图，[图4-1]是卡识别模式，[图4-3]是数据传输模式。命令列举在命令表格中[表4-19 ~ 表4-28]。当前状态，收到命令和后续状态之间的关系在[表4-29]中。后面的章节中，会首先描述各种卡的操作模式。之后，定义了控制时钟信号的限制。所有SD 卡的命令以及对应的响应，状态转换，错误条件以及时序都在后续章节
SD 卡系统(host &card)定义了两种操作模式：
● 卡识别模式
在复位后，查找总线上的新卡的时候，主机会处于“卡识别模式”。卡在复位后会处于
识别模式，直到收到SEND_RCA(CMD3)命令.
● 数据传输模式
当RCA 第一次发布后，卡会处于“数据传输模式”。主机会在总线上所有的卡都被识别后进入这个模式。
| 卡状态(Card state) | 操作模式(Operation mode) |
|---|---|
| 无效状态(Inactive State) | 无效模式(Inactive) |
| 空闲状态(Idle State) 准备状态(Ready State) 识别状态(Identification State) |
卡识别模式(Card identification mode) |
| 待机状态(Stand-by State) 传输状态(Transfer State) 发送数据状态(Sending-data State) 接收数据状态(Receive-data State) 编程状态(Programming State) 断开连接状态(Disconnect State) |
数据传输模式(Data transfer mode) |
在卡识别模式下，主机会复位所有处于“卡识别模式”的卡，确认工作电压范围，识别
卡，并且要求他们发布相对卡地址(Relative Card Address)。这个操作是通过卡各自的CMD线完成的。卡识别模式下，所有数据通信都只通过数据线完成。
总线激活后， 主机启动卡的初始化和识别进程( 见图-2) 。初始化进程以命令
SD_SEND_OP_COND(ACMD41)作为开始，通过设置操作条件和OCR 的HCS 位来进行。HCS(HighCapacity Support)位为1，表示主机支持高容量SD 卡。为0 表示不支持。
CMD8 扩展了ACMD41 的功能；参数里的HCS 位以及响应里的CCS(Card Capacity Status)位。HCS 会被不回应CMD8 的卡忽视掉。然而，如果卡不回应CMD8，主机应该设置HCS 为0。
标准容量卡会忽略HCS。如果HCS 设置为0，那么高容量SD 卡永远都不会返回ready 状态(保持busy 位为0)。卡通过OCR 的busy 位来通知主机ACMD41 的初始化完成了。设置busy 位为0 表示卡仍然在初始化。设置busy 位为1，表示已经完成初始化。主机会重复发送ACMD41，直到busy 为被设置为1。
卡片只在第一个ACMD41 的命令时，检查操作条件和OCR 里面的HCS 位。当重复ACMD41的时候，除了CMD0，主机不应该再发其他命令。
如果卡响应了CMD8，那么ACMD41 的响应就包括了CCS 字段信息。当卡返回“ready”的时候，CCS 是有效的(busy 位设置为1)。
CCS=1 表示卡是高容量SD 卡；CCS=0 表示卡是普通SD 卡。
在系统中，主机遵照相同的初始化顺序来初始化所有的新卡。不兼容的卡会进入
“Inactive”状态。主机接着就会发送命令ALL_SEND_CID(CMD2)给每一个卡，来得到他们的CID 号。未识别的卡(处于Ready 状态的)发送自己的CID 作为响应。当卡发送了CID 之后，
它就进入“Identification”状态。之后主机发送SEND_RELATIVE_ADDR(CMD3)命令，通知卡发布一个新的相对地址(RCA),这个地址比CID 短，用于作为将来数据传输模式的地址。一旦收到RCA，卡就会变为“Stand-by”状态。这时，如果主机想要分配另一个RCA 号，它可以再发送一个CMD3，通知卡重新发布一个RCA 号。最后一个产生的RCA 才是有效的。主机会重复识别进程，为系统中的每个卡循环发送“CMD2”和“CMD3”。
3 QEMU SD卡读写demo
源码链接
整个SD卡驱动代码结构树如下
include
imx_usdhc.h
sd_card.h
device
sd_card.c
driver
imx_usdhc.c
imx_usdhc.h定义了usdhc控制器，sd_card.h抽象了sd_card的操作。
3.1 USDHC层
include/imx_usdhc.h
#ifndef __IMX_USDHC__
#define __IMX_USDHC__
#include
volatile uint32_t mmc_boot; //
volatile uint32_t vend_spec2; //
volatile uint32_t tuning_ctrl; //
} imx_usdhc_t;
首先根据USDHC的register memory map定义了usdhc控制器的结构体imx_usdhc_t, 这部分很简单，单纯的体力活。然后就是根据register memory map里的每个bit编写相应的XXX_SHIFT和XXX_MASK。同样的是体力活，这里就列出了几个bit，全部的代码有几百行，可以直接看github里的代码。
include/imx_usdhc.h
......
#define USDHC_BLKATT_BLKSIZE_SHIFT 0UL
#define USDHC_BLKATT_BLKSIZE_MASK (0xFFFUL << USDHC_BLKATT_BLKSIZE_SHIFT)
#define USDHC_BLKATT_BLKCNT_SHIFT 16UL
#define USDHC_BLKATT_BLKCNT_MASK (0xFFFFUL << USDHC_BLKATT_BLKCNT_SHIFT)
#define USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_SHIFT 24UL
#define USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_MASK (0x3FUL << USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_SHIFT)
#define USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDTYPE_SHIFT 22UL
#define USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDTYPE_MASK (0x3UL << USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDTYPE_SHIFT)
.....
然后我们根据ADMA2 描述符那节所定义的格式定义出ADMA的描述符adma_bd_t;
include/imx_usdhc.h
typedef struct {
uint8_t att;
uint8_t reserved;
uint16_t len;
uint32_t addr;
} __attribute__((packed)) adma_bd_t;
3.1.1 usdhc控制器初始化
首先在头文件里先声明初始化函数ushdc_init。
imx_usdhc.h
extern bool usdhc_init(void *);
初始化的流程如下
初始化USDHC
软件复位USDHC
等待软件复位完成
设置初始化位宽为1bit
设置USDHC数据模式为小端模式
关闭DLL
选择DMA为ADMA2
设置卡识别模式时钟
使能USDHC发送80个clock
接着在c文件里实现该函数
imx_usdhc.c
bool usdhc_init(void *host)
{
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
USDHC_TRACE("%s: usdhc:%x\n", __func__, usdhc);
//STUB: iomux config here
//STUB: clock config here
usdhc->sys_ctrl |= USDHC_SYS_CTRL_RSTA_MASK;
while ((usdhc->sys_ctrl & USDHC_SYS_CTRL_RSTA_MASK) != 0)
;
usdhc_set_data_width(usdhc, USDHC_DWT_1BIT);
usdhc_set_endian_mode(usdhc, USDHC_EMODE_LITTLE_ENDIAN);
USDHC_TRACE("%s: disable usdhc dll\n", __func__);
usdhc->dll_ctrl &= ~USDHC_DLL_CTRL_DLL_CTRL_ENABLE_MASK;
USDHC_TRACE("%s: select adma2\n", __func__);
usdhc->prot_ctrl &= ~USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
usdhc->prot_ctrl |= (2 << USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_SHIFT) & USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
usdhc_set_clock(usdhc, IDENTIFICATION_FREQ);
usdhc_initialization_active(usdhc);
return true;
}
代码中首先复位了USDHC控制器。
usdhc->sys_ctrl |= USDHC_SYS_CTRL_RSTA_MASK;
while ((usdhc->sys_ctrl & USDHC_SYS_CTRL_RSTA_MASK) != 0)
;
根据RSTA的定义，复位USDHC首先往RSTA中写入1，然后等待RSTA为0即可
接着调用了usdhc_set_data_width(usdhc, USDHC_DWT_1BIT); 设置USDHC数据位宽为1bit。usdhc_set_data_width的实现在同一个文件中。代码实现很简单，仅仅只是设置了uSDHCx_PROT_CTRL的DTW位。
imx_usdhc.c
void usdhc_set_data_width(void *host, uint8_t dtw)
{
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
usdhc->prot_ctrl &= ~USDHC_PROT_CTRL_DTW_MASK;
usdhc->prot_ctrl |= (dtw << USDHC_PROT_CTRL_DTW_SHIFT) & USDHC_PROT_CTRL_DTW_MASK;
}
根据DTW位的定义，定义宏如下：
imx_usdhc.h
#define USDHC_DWT_1BIT 0
#define USDHC_DWT_4BIT 1
#define USDHC_DWT_8BIT 2
然后根据流程，调用usdhc_set_endian_mode(usdhc, USDHC_EMODE_LITTLE_ENDIAN); 设置USDHC的字节序为小端模式。usdhc_set_endian_mode实现如下
imx_usdhc.c
void usdhc_set_endian_mode(void *host, uint8_t emode)
{
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
usdhc->prot_ctrl &= ~USDHC_PROT_CTRL_EMODE_MASK;
usdhc->prot_ctrl |= (emode << USDHC_PROT_CTRL_EMODE_SHIFT) & USDHC_PROT_CTRL_EMODE_MASK;
}
imx_usdhc.h
#define USDHC_EMODE_BIG_ENDIAN 0
#define USDHC_EMODE_HALF_WORD_BIG_ENDIAN 1
#define USDHC_EMODE_LITTLE_ENDIAN 2
usdhc->dll_ctrl &= ~USDHC_DLL_CTRL_DLL_CTRL_ENABLE_MASK;
清了DLL_CTRL寄存器的enable位，关闭DLL。
usdhc->prot_ctrl &= ~USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
usdhc->prot_ctrl |= (2 << USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_SHIFT) & USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
这两行代码选择了ADMA2作为数据传输的方式，起定义如下：
然后调用了usdhc_set_clock(usdhc, IDENTIFICATION_FREQ); 将clock设置为识别模式的clock。这里注意的是，这里的usdhc_set_clock并没有改变clock的实际频率，在QEMU上对于timing的仿真是没有什么意义的，因为都是纯软件的。但在真实的芯片上需要去改变clock频率，否则过高的clock会使SD卡在初始化的时候失败。
最后调用了usdhc_initialization_active 去激活SD总线。
imx_usdhc.c
void usdhc_initialization_active(void *host)
{
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
usdhc->sys_ctrl |= USDHC_SYS_CTRL_INITA_MASK;
while ((usdhc->sys_ctrl & USDHC_SYS_CTRL_INITA_MASK) != 0)
;
}
3.1.2 usdhc发送命令
usdhc中发送命令需要操作以下寄存器:
- Command Argument (uSDHC1_CMD_ARG)
- Command Transfer Type (uSDHC1_CMD_XFR_TYP)
- Interrupt Status (uSDHC1_INT_STATUS)
- Interrupt Status Enable (uSDHC1_INT_STATUS_EN)
- Mixer Control (uSDHC1_MIX_CTRL)
- Protocol Control (uSDHC1_PROT_CTRL)
先贴出代码，然后一一解释
imx_usdhc.c
bool usdhc_send_command(void *host, uint8_t cmd_idx, uint32_t arg)
{
usdhc_cmd_t cmd;
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
uint32_t temp;
bool ret = true;
USDHC_TRACE("%s: cmd:%d\n", __func__, cmd_idx);
if (cmd_idx == CMD0) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD0, 0, READ, RESPONSE_NONE,
false, false, false, false);
} else if (cmd_idx == CMD55) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD55, 0, READ, RESPONSE_48,
false, true, true, false);
} else if (cmd_idx == ACMD41) {
usdhc_create_cmd(&cmd, ACMD41, arg, READ, RESPONSE_48,
false, false, false, false);
} else if (cmd_idx == CMD2) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD2, 0, READ, RESPONSE_136,
false, true, false, false);
} else if (cmd_idx == CMD3) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD3, arg, READ, RESPONSE_48,
false, true, true, false);
} else if (cmd_idx == CMD7) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD7, arg, READ, RESPONSE_48_CHECK_BUSY,
false, true, true, false);
} else if (cmd_idx == CMD16) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD16, arg, READ, RESPONSE_48,
false, true, true, false);
} else if (cmd_idx == CMD18) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD18, arg, READ, RESPONSE_48,
true, true, true, true);
} else if (cmd_idx == CMD25) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD25, arg, WRITE, RESPONSE_48,
true, true, true, true);
}
usdhc->int_status = 0x117f01ff; /*clear interrupt status register*/
usdhc->int_status_en |= 0x007f013f; /*enable all the interrupt status*/
if (cmd.dma_en == true) {
usdhc->int_status_en |= USDHC_INT_STATUS_EN_DINTSEN_MASK;
}
/* wait cmd line free */
while ((usdhc->pres_state & USDHC_PRES_STATE_CIHB_MASK) != 0);
/* wait data line free */
if (cmd.dat_pres == true) {
while ((usdhc->pres_state & USDHC_PRES_STATE_CDIHB_MASK) != 0);
}
/* write command arugment in the Command Argument Register */
usdhc->cmd_arg = cmd.arg;
if (cmd.dma_en == false) {
usdhc->prot_ctrl &= ~USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
} else {
usdhc->prot_ctrl |= (2 << USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_SHIFT) & USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
}
temp = usdhc->mix_ctrl & 0xFFFFFFC0;
if (cmd.dma_en == true)
temp |= USDHC_MIX_CTRL_DMAEN_MASK;
else
temp &= ~USDHC_MIX_CTRL_DMAEN_MASK;
if (cmd.blk_cnt_en_chk == true)
temp |= USDHC_MIX_CTRL_BCEN_MASK;
else
temp &= ~USDHC_MIX_CTRL_BCEN_MASK;
if (cmd.auto_cmd12_en == true)
temp |= USDHC_MIX_CTRL_AC12EN_MASK;
else
temp &= ~USDHC_MIX_CTRL_AC12EN_MASK;
if (cmd.ddr_en == true)
temp |= USDHC_MIX_CTRL_DDREN_MASK;
else
temp &= ~USDHC_MIX_CTRL_DDREN_MASK;
if (cmd.xfer_type == READ)
temp |= USDHC_MIX_CTRL_DTDSEL_MASK;
else
temp &= ~USDHC_MIX_CTRL_DTDSEL_MASK;
if (cmd.blk_type == MULTIPLE_BLK)
temp |= USDHC_MIX_CTRL_MSBSEL_MASK;
else
temp &= ~USDHC_MIX_CTRL_MSBSEL_MASK;
usdhc->mix_ctrl = temp;
temp = usdhc->cmd_xfr_type;
temp &= ~USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_MASK;
switch (cmd.resp_format) {
case RESPONSE_NONE:
default:
temp |= (0 << USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_SHIFT) & USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_MASK;
break;
case RESPONSE_136:
temp |= (1 << USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_SHIFT) & USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_MASK;
break;
case RESPONSE_48:
temp |= (2 << USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_SHIFT) & USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_MASK;
break;
case RESPONSE_48_CHECK_BUSY:
temp |= (3 << USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_SHIFT) & USDHC_CMD_XFRTYPE_RSPTYPE_MASK;
break;
}
if (cmd.crc_chk == true)
temp |= USDHC_CMD_XFRTYPE_CCCEN_MASK;
else
temp &= ~USDHC_CMD_XFRTYPE_CCCEN_MASK;
if (cmd.cmdidx_chk == true)
temp |= USDHC_CMD_XFRTYPE_CICEN_MASK;
else
temp &= ~USDHC_CMD_XFRTYPE_CICEN_MASK;
if (cmd.dat_pres == true)
temp |= USDHC_CMD_XFRTYPE_DPSEL_MASK;
else
temp &= ~USDHC_CMD_XFRTYPE_DPSEL_MASK;
temp &= ~USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_MASK;
temp |= (cmd.cmd << USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_SHIFT) & USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_MASK;
usdhc->cmd_xfr_type = temp;
if (cmd.dma_en == false) {
/* DMAE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|CC */
USDHC_TRACE("%s wait DMAE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|CC\n", __func__);
while ((usdhc->int_status & 0x100F0001) == 0);
} else {
USDHC_TRACE("%s wait DMAE|DEBE|DCE|DTOE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|TC\n", __func__);
/* DMAE|DEBE|DCE|DTOE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|TC */
while((usdhc->int_status & 0x107F0002) == 0);
}
/* mask all the signals */
usdhc->int_singal_en = 0;
/* check CCE or CTOE error */
if ((usdhc->int_status & USDHC_INT_STATUS_CCE_MASK) != 0) {
ret = false;
USDHC_TRACE("%s Command CRC error\n", __func__);
goto cleanup;
}
if ((usdhc->int_status & USDHC_INT_STATUS_CTOE_MASK) != 0) {
ret = false;
USDHC_TRACE("%s Command Timeout error\n", __func__);
goto cleanup;
}
cleanup:
USDHC_TRACE("%s, ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
输入的参数第一个是cmd的id，第二个是cmd的argument。代码的第一步是根据传入的cmd的id来创建一个cmd。cmd的结构体是由我们自己定义的，这个并非硬件spec定义的。主要定义了一些标志位用于操作寄存器。先来看一看usdhc_cmd_t的定义。
imx_usdhc.h
#define WRITE 0
#define READ 1
#define RESPONSE_NONE 0
#define RESPONSE_136 1
#define RESPONSE_48 2
#define RESPONSE_48_CHECK_BUSY 3
#define SINGLE_BLK 0
#define MULTIPLE_BLK 1
typedef struct usdhc_cmd_tag{
uint32_t cmd;
uint32_t arg;
uint8_t xfer_type;
uint8_t resp_format;
bool dat_pres;
bool crc_chk;
bool cmdidx_chk;
bool blk_cnt_en_chk;
uint8_t blk_type;
bool dma_en;
bool auto_cmd12_en;
bool ddr_en;
} usdhc_cmd_t;
-
cmd是cmd的idx
-
arg记录的是发送cmd所需要的的argument
-
xfer_type有READ和WRITE,这一个flag用于选择uSDHCx_MIX_CTRL中的DTDSEL位。
-
resp_format这个flag标识cmd response的格式。用来设置uSDHCx_CMD_XFR_TYP中的RSPTYP位
-
dat_pres用于标识该cmd是否有数据传输。用于设置uSDHCx_CMD_XFR_TYP中的DPSEL位。
-
crc_chk标识是否需要对cmd的crc进行检查，用于设置uSDHCx_CMD_XFR_TYP中的CCCEN位。
-
cmdidx_chk标识是否对cmd的id进行check，用于设置uSDHCx_CMD_XFR_TYP中的CICEN位。
-
blk_cnt_en_chk用于设置uSDHCx_MIX_CTRL的BCEN位
-
blk_type用于设置uSDHCx_MIX_CTRL的MSBSEL位
-
dma_en用于设置uSDHCx_MIX_CTRL中的DMAEN位。
-
auto_cmd12_en用于设置uSDHCx_MIX_CTRL的AC12EN位。当该位设置后，在传输多个block的时候，当一个block传输完成后，硬件会自动发一个CMD12命令。
-
ddr_en 用于设置uSDHCx_MIX_CTRL中的DDR_EN位。
usdhc_create_cmd 的实现很简单，就是将传入的参数赋值到usdhc_cmd_t中的各个字段。
imx_usdhc.c
static void usdhc_create_cmd(usdhc_cmd_t *cmd,
uint32_t idx,
uint32_t arg,
uint8_t xfer_type,
uint8_t format,
bool data_pres,
bool crc_chk,
bool cmd_idx_chk,
bool dma_en)
{
cmd->cmd = idx;
cmd->arg = arg;
cmd->xfer_type = xfer_type;
cmd->resp_format = format;
cmd->dat_pres = data_pres;
cmd->crc_chk = crc_chk;
cmd->cmdidx_chk = cmd_idx_chk;
if (dma_en) {
cmd->blk_cnt_en_chk = true;
cmd->blk_type = MULTIPLE_BLK;
cmd->auto_cmd12_en = true;
}
else {
cmd->blk_cnt_en_chk = false;
cmd->blk_type = SINGLE_BLK;
cmd->auto_cmd12_en = false;
}
cmd->dma_en = dma_en;
cmd->ddr_en = false;
}
demo中使用了ADMA2，所以当dma_en被设置了之后，AC12EN也需要被设置，不然的话在多个块传输的时候会失败。
有了该函数后，我们就可以看看每一个cmd的配置了。
- CMD0: 没有参数，没有response，所有的check都关闭。不需要使能DMA
if (cmd_idx == CMD0) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD0, 0, READ, RESPONSE_NONE,
false, false, false, false);
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD0 | bc | 00000000 | - | GO_IDLE_STATE | 复位设备至idle状态 |
- CMD55: CMD55的地址0，在没有分配RCA之前，使用0地址进行访问。RESPONSE格式为48bit的响应。打开crc_chk和cmd_idx_chk。没有数据传输，故data_pres和dma_en不使能。
} else if (cmd_idx == CMD55) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD55, 0, READ, RESPONSE_48,
false, true, true, false);
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD55 | ac | [31:16]RCA [15:0]填充位 | R1 | APP_CMD | 告诉卡，下个命令是特定应用命令，而不是标准命令。 |
- ACMD41:
else if (cmd_idx == ACMD41) {
usdhc_create_cmd(&cmd, ACMD41, arg, READ, RESPONSE_48,
false, false, false, false);
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| ACMD41 | bcr | [31]保留位 [30]HCS(OCR30) [29:24]保留位 [23:0]VddVdd 电压(OCR[23:0]) | R3 | SD_SEND_OP_COND | 发送卡的支持信息(HCS)，并要求卡通过命令线返回OCR 寄存器内容。当卡收到SEND_IF_COND 时，HCS 是有效的。保留位设为0。CCS 位对应OCR[30] |
- CMD2: 用于获取CID寄存器，CID寄存器返回136bit的响应，参数为0。
else if (cmd_idx == CMD2) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD2, 0, READ, RESPONSE_136,
false, true, false, false);
CMD2获取CID
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD2 | bc | [31:0] 填充位 | R2 | ALL_SEND_CID | 请求设备在CMD线发送其CID编号 |
- CMD3:获取RCA，起响应是48位的，参数为SD卡的RCA，发送完命令后SD卡会返回SD卡自身的RCA给
else if (cmd_idx == CMD3) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD3, arg, READ, RESPONSE_48,
false, true, true, false);
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD3 | ac | [31:16] RCA [15:0] 填充位 | R1 | SET_RELATIVE_ADDR | 分配相对地址到设备 |
- CMD7 设置transfer状态。选中卡，参数是卡的RCA，响应为48bit的响应。
} else if (cmd_idx == CMD7) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD7, arg, READ, RESPONSE_48_CHECK_BUSY,
false, true, true, false);
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD7 | ac | [31:16] RCA [15:0] 填充位 | R2 | SELECT/DESELECT_C ARD | 在stand-by和transfer状态之间或program- ming和disconnect状态之间切换设备的命令。两种情况下，设备以其自己的相对地址被选定并以其他地址被取消选定；地址0取消所有设备的选定。 |
- CMD16: CMD16用于设置SD卡的位宽，参数是设置的block长度，响应为48bit的响应，没有数据传输，故dma_en和data_pres都没有设置
else if (cmd_idx == CMD16) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD16, arg, READ, RESPONSE_48,
false, true, true, false);
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD16 | ac | [31:0]块长度 | R1 | SET_BLOCKLEN | 对于标准SD 卡来说，这个命令会设置所有块命令的长度(字节)。默认的块长度是512Byte。只有当CSD 允许部分块读取操作，设置的长度才对存储访问命令有效。对于高容量SD 卡来说，CMD16 设置的块长度对于读写命令来说没有硬性，因为块长度是固定的512Byte。这个命令只对加锁/解锁命令有效。不管哪种，只要块长度设置大于512Byte，就报错BLOCK_LEN_ERROR。 |
- CMD18: 读数据。参数为读数据块的起始块地址，48bit的响应。有数据传输，所以data_pres和dma_en都设上
} else if (cmd_idx == CMD18) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD18, arg, READ, RESPONSE_48,
true, true, true, true);
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD18 | adtc | [31:0] 数据地址1 | R1 | READ_MULTIPLE_ BLOCK | 从设备向主机连续传输数据块，直至被停止命令中断，或所要求传输的块数。 |
- CMD25: 写数据。参数为写数据块的起始块地址，48bit的响应。有数据传输，所以data_pres和dma_en都设上。数据方向为输出。
} else if (cmd_idx == CMD25) {
usdhc_create_cmd(&cmd, CMD25, arg, WRITE, RESPONSE_48,
true, true, true, true);
}
| 命令索引 | 类型 | 参数 | 应答 | 缩写 | 命令说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| CMD25 | adtc | [31:0] 数据地址1 | R1 | WRITE_MULTIPLE_ BLOCK | 连续写数据块直到STOP_TRANSMISSION 命令被发送。块长度和WRITE_BLOCK 一致。 |
到这cmd的就能根据cmd的索引创建好了。接下来就是根据不同的配置来配置以下寄存器
- Command Argument (uSDHC1_CMD_ARG)
- Command Transfer Type (uSDHC1_CMD_XFR_TYP)
- Interrupt Status (uSDHC1_INT_STATUS)
- Interrupt Status Enable (uSDHC1_INT_STATUS_EN)
- Mixer Control (uSDHC1_MIX_CTRL)
- Protocol Control (uSDHC1_PROT_CTRL)
usdhc->int_status = 0x117f01ff; /*clear interrupt status register*/
usdhc->int_status_en |= 0x007f013f; /*enable all the interrupt status*/
if (cmd.dma_en == true) {
usdhc->int_status_en |= USDHC_INT_STATUS_EN_DINTSEN_MASK;
}
/* wait cmd line free */
while ((usdhc->pres_state & USDHC_PRES_STATE_CIHB_MASK) != 0);
/* wait data line free */
if (cmd.dat_pres == true) {
while ((usdhc->pres_state & USDHC_PRES_STATE_CDIHB_MASK) != 0);
}
/* write command arugment in the Command Argument Register */
usdhc->cmd_arg = cmd.arg;
if (cmd.dma_en == false) {
usdhc->prot_ctrl &= ~USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
} else {
usdhc->prot_ctrl |= (2 << USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_SHIFT) & USDHC_PROT_CTRL_DMASEL_MASK;
}
temp = usdhc->mix_ctrl & 0xFFFFFFC0;
usdhc->mix_ctrl = temp;
......
temp &= ~USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_MASK;
temp |= (cmd.cmd << USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_SHIFT) & USDHC_CMD_XFRTYPE_CMDINX_MASK;
usdhc->cmd_xfr_type = temp;
当Command Transfer Type一旦写入命令，USDHC就会将数据发送到SD总线上。而后只要等待相应的中断状态标志位即可。
if (cmd.dma_en == false) {
/* DMAE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|CC */
USDHC_TRACE("%s wait DMAE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|CC\n", __func__);
while ((usdhc->int_status & 0x100F0001) == 0);
} else {
USDHC_TRACE("%s wait DMAE|DEBE|DCE|DTOE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|TC\n", __func__);
/* DMAE|DEBE|DCE|DTOE|CIE|CEBE|CCE|CTOE|TC */
while((usdhc->int_status & 0x107F0002) == 0);
}
/* mask all the signals */
usdhc->int_singal_en = 0;
当有cmd crc错误和timeout错误的时候，函数返回失败
/* check CCE or CTOE error */
if ((usdhc->int_status & USDHC_INT_STATUS_CCE_MASK) != 0) {
ret = false;
USDHC_TRACE("%s Command CRC error\n", __func__);
goto cleanup;
}
if ((usdhc->int_status & USDHC_INT_STATUS_CTOE_MASK) != 0) {
ret = false;
USDHC_TRACE("%s Command Timeout error\n", __func__);
goto cleanup;
}
3.1.3 usdhc接收响应
响应的结构体很简单，定义在sd_card.h中，一共有4个word的响应和1个byte的响应格式标志符。
sd_card.h
typedef struct sd_resp_tag {
uint32_t rsp0;
uint32_t rsp1;
uint32_t rsp2;
uint32_t rsp3;
uint8_t resp_format;
} sd_resp_t;
获取响应的函数实现如下，只需要去读Command Response0/1/2/3四个寄存器即可。
imx_usdhc.c
void usdhc_get_response(void *host, sd_resp_t *rsp)
{
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
rsp->rsp0 = usdhc->cmd_rsp0;
rsp->rsp1 = usdhc->cmd_rsp1;
rsp->rsp2 = usdhc->cmd_rsp2;
rsp->rsp3 = usdhc->cmd_rsp3;
}
3.1.4 usdhc读取一个block
控制usdhc的步骤只需两步:
- 设置好ADMA描述符表, 这里因为只有传输一个block，所以该描述符表只有一个描述符。其地址设置为目标内存地址，长度为512 byte，即一个block，属性设为TRANS，VALID， END。ADMA完成这一个描述符后就结束传输。
imx_usdhc.c
bool usdhc_read_block(void *host, uint8_t *dst, uint32_t blk_idx)
{
adma_bd_t adma_bd;
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
USDHC_TRACE("%s dst:%x, blk_idx:0x%x\n", __func__, dst, blk_idx);
adma_bd.addr = (uint32_t)dst;
adma_bd.len = 512;
adma_bd.att = 0x20 | 0x02 | 0x01;
- 然后打开所有中断标志位，配置ADMA System Address寄存器为描述符表的地址，设置好传输的block个数和block的大小，以及wtmk_lvl的大小。
imx_usdhc.c
usdhc->int_status = 0x117f01ff; /* clear all the interrupt */
usdhc->adma_sys_addr = (uint32_t)&adma_bd;
usdhc->blk_att = (1 << USDHC_BLKATT_BLKCNT_SHIFT) | 512;
usdhc->wtmk_lvl = 0x00000080;
- 发送CMD18，USDHC就会发出一个CMD18的传输到SD总线上。
imx_usdhc.c
return usdhc_send_command(usdhc, CMD18, blk_idx);
}
3.1.5 usdhc写入一个block
USDHC写入一个block的过程和读取一个block过程相似，唯一的不同就是发送的命令不同。读取使用CMD18，写入使用CMD25即可。
imx_usdhc.c
bool usdhc_write_block(void *host, uint8_t *src, uint32_t blk_idx)
{
adma_bd_t adma_bd;
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)host;
USDHC_TRACE("%s src:%x, blk_idx:0x%x\n", __func__, src, blk_idx);
adma_bd.addr = (uint32_t)src;
adma_bd.len = 512;
adma_bd.att = 0x20 | 0x02 | 0x01;
usdhc->int_status = 0x117f01ff;
usdhc->adma_sys_addr = (uint32_t)&adma_bd;
usdhc->blk_att = (1 << USDHC_BLKATT_BLKCNT_SHIFT) | 512;
usdhc->wtmk_lvl = 0x00000080;
return usdhc_send_command(usdhc, CMD25, blk_idx);
}
3.2 SD协议层
3.2.1 sd_card.h
#ifndef __SDCARD_H__
#define __SDCARD_H__
#include 首先我们定义sdcard的结构体sdcard_t。
- host为sd卡对应的控制器，本例中对应了usdhc。
- rca保存着这张卡的地址。
- ocr保存这张卡的ocr寄存器的值。
- cid保存这张卡的cid寄存器的值。
- product_name记录这张卡的产品名称。
- major和minor记录这张卡的版本号。
- host_init指向了控制器的初始化函数，用来初始化sd卡对应的控制器。
- send_cmd指向了控制器的发送命令函数。
- get_resp指向控制器的读响应函数。
- read_block指向控制器的读block函数
- write_block指向控制器的写block函数
然后就是声明三个sd卡的API。
extern uint32_t sdcard_init(sdcard_t *);
extern uint32_t sdcard_read_block(sdcard_t *, uint8_t *, uint32_t);
extern uint32_t sdcard_write_block(sdcard_t *, uint8_t *, uint32_t);
3.2.2 SD卡初始化
sd_card.c
sd卡初始化分两步：
- 调用sdcard->host_init初始化host控制器
- 调用sdcard_device_init初始化SD卡设备
uint32_t sdcard_init(sdcard_t *sdcard)
{
uint32_t ret = SDCARD_SUCCESS;
SDCARD_TRACE("%s entry\n", __func__);
if ((sdcard == NULL) || (sdcard->host_init == NULL)) {
ret = SDCARD_PARAM_NULL;
goto cleanup;
}
if (sdcard->host_init(sdcard->host) == false) {
ret = SDCARD_HOST_INIT_FAILURE;
goto cleanup;
}
ret= sdcard_device_init(sdcard);
cleanup:
SDCARD_TRACE("%s ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
```c
static uint32_t sdcard_device_init(sdcard_t *sdcard)
{
uint32_t status = SDCARD_SUCCESS;
SDCARD_TRACE("%s entry\n", __func__);
#define SD_INIT_SEQUENCE(func) if ((status = func(sdcard)) != SDCARD_SUCCESS) return status
SD_INIT_SEQUENCE(sdcard_go_idle_cmd0);
SD_INIT_SEQUENCE(sdcard_send_cmd55);
SD_INIT_SEQUENCE(sdcard_get_ocr_acmd41);
SD_INIT_SEQUENCE(sdcard_get_cid_cmd2);
SD_INIT_SEQUENCE(sdcard_set_rca_cmd3);
SD_INIT_SEQUENCE(sdcard_select_card_cmd7);
SD_INIT_SEQUENCE(sdcard_set_blk_len_cmd16);
return status;
}
sdcard_device_init函数实现了SD卡的初始化流程:
- 调用sdcard_go_idle_cmd0复位SD卡，该函数就是调用host的send_cmd函数发出cmd0。
static uint32_t sdcard_go_idle_cmd0(sdcard_t *sdcard)
{
return sdcard->send_cmd(sdcard->host, CMD0, 0) == true ?
SDCARD_SUCCESS : SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
}
- 调用sdcard_send_cmd55和sdcard_get_ocr_acmd41获取卡的OCR寄存器，在demo中并没有根据获得的OCR进行电压处理。在实际的芯片上是要根据卡得到的OCR进行电压的适配，比如切换IO的电压，这个过程叫做电压检测。因为是纯软件模拟，但并没有模拟IO口电压这类模拟电路，因此这离仅读回OCR寄存器，不作任何处理。
static uint32_t sdcard_send_cmd55(sdcard_t *sdcard)
{
bool res = true;
uint32_t ret = SDCARD_SUCCESS;
sd_resp_t resp;
res = sdcard->send_cmd(sdcard->host, CMD55, 0);
if (res != true) {
ret = SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
goto cleanup;
}
sdcard->get_resp(sdcard->host, &resp);
sdcard_dump_response(&resp);
ret = SDCARD_SUCCESS;
cleanup:
SDCARD_TRACE("%s ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
static uint32_t sdcard_get_ocr_acmd41(sdcard_t *sdcard)
{
bool res = true;
uint32_t ret = SDCARD_SUCCESS;
sd_resp_t resp;
res = sdcard->send_cmd(sdcard->host, ACMD41, 0xff800000);
if (res != true) {
ret = SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
goto cleanup;
}
sdcard->get_resp(sdcard->host, &resp);
sdcard_dump_response(&resp);
ret = SDCARD_SUCCESS;
cleanup:
SDCARD_TRACE("%s ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
- 调用sdcard_get_cid_cmd2获取卡的CID寄存器，获取响应后解析出产品名称并记录打印下来。
static uint32_t sdcard_get_cid_cmd2(sdcard_t *sdcard)
{
bool res = true;
uint32_t ret = SDCARD_SUCCESS;
sd_resp_t resp;
res = sdcard->send_cmd(sdcard->host, CMD2, 0);
if (res != true) {
ret = SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
goto cleanup;
}
sdcard->get_resp(sdcard->host, &resp);
sdcard_dump_response(&resp);
ret = SDCARD_SUCCESS;
sdcard->cid[0] = resp.rsp0;
sdcard->cid[1] = resp.rsp1;
sdcard->cid[2] = resp.rsp2;
sdcard->cid[3] = resp.rsp3;
sdcard->product_name[5] = 0;
sdcard->product_name[4] = sdcard->cid[2] & (0xff);
sdcard->product_name[3] = (sdcard->cid[2] & (0xff << 8)) >> 8;
sdcard->product_name[2] = (sdcard->cid[2] & (0xff << 16)) >> 16;
sdcard->product_name[1] = (sdcard->cid[2] & (0xff << 24)) >> 24;
sdcard->product_name[0] = sdcard->cid[3] & (0xff);
SDCARD_TRACE("%s: sd card product name:%s\n", __func__, sdcard->product_name);
cleanup:
SDCARD_TRACE("%s ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
- 调用sdcard_set_rca_cmd3获取卡的RCA并且记录下来。
static uint32_t sdcard_set_rca_cmd3(sdcard_t *sdcard)
{
bool res = true;
uint32_t ret = SDCARD_SUCCESS;
sd_resp_t resp;
res = sdcard->send_cmd(sdcard->host, CMD3, 0);
if (res != true) {
ret = SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
goto cleanup;
}
sdcard->get_resp(sdcard->host, &resp);
sdcard->rca = resp.rsp0;
sdcard_dump_response(&resp);
ret = SDCARD_SUCCESS;
cleanup:
SDCARD_TRACE("%s ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
- 调用sdcard_select_card_cmd7使卡进入传输模式，即选中该SD卡
static uint32_t sdcard_select_card_cmd7(sdcard_t *sdcard)
{
bool res = true;
uint32_t ret = SDCARD_SUCCESS;
sd_resp_t resp;
res = sdcard->send_cmd(sdcard->host, CMD7, sdcard->rca);
if (res != true) {
ret = SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
goto cleanup;
}
sdcard->get_resp(sdcard->host, &resp);
sdcard_dump_response(&resp);
ret = SDCARD_SUCCESS;
cleanup:
SDCARD_TRACE("%s ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
- 调用sdcard_set_blk_len_cmd16设置卡的block大小
static uint32_t sdcard_set_blk_len_cmd16(sdcard_t *sdcard)
{
bool res = true;
uint32_t ret = SDCARD_SUCCESS;
sd_resp_t resp;
res = sdcard->send_cmd(sdcard->host, CMD16, 512);
if (res != true) {
ret = SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
goto cleanup;
}
sdcard->get_resp(sdcard->host, &resp);
sdcard_dump_response(&resp);
ret = SDCARD_SUCCESS;
cleanup:
SDCARD_TRACE("%s ret:%d\n", __func__, ret);
return ret;
}
至此SD卡的初始化完成了，其过程有点类似于USB的枚举，但是比起USB的枚举还是简单的多。
3.2.3 SD卡读写
SD卡初始化完成后，读写就非常简单了。在sd_card.c中仅仅只是调用了host的read_block和write_block函数。
uint32_t sdcard_read_block(sdcard_t *sdcard, uint8_t *dst, uint32_t blk_idx)
{
return sdcard->read_block(sdcard->host, dst, blk_idx) == true ?
SDCARD_SUCCESS : SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
}
uint32_t sdcard_write_block(sdcard_t *sdcard, uint8_t *src, uint32_t blk_idx)
{
return sdcard->write_block(sdcard->host, src, blk_idx) == true ?
SDCARD_SUCCESS : SDCARD_SEND_COMMADN_FAILURE;
}
3.3 测试函数
测试函数很简单，首先定义了sdcard_t对象，然后将usdhc host端的函数赋给sdcard各个接口，这样sdcard_t就对应上了usdhc的这个host。
entry.c
static void test_sdcard()
{
sdcard_t sdcard;
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)0x02190000;
uint8_t buf[512];
uint8_t buf2[512];
uint32_t i;
sdcard.host = usdhc;
sdcard.rca = 0x45670000;
sdcard.host_init = usdhc_init;
sdcard.send_cmd = usdhc_send_command;
sdcard.get_resp = usdhc_get_response;
sdcard.read_block = usdhc_read_block;
sdcard.write_block = usdhc_write_block;
```c
然后将测试buf前16个byte打印出来
```c
printf("\ninit buf as 0\n");
for (i = 0; i < 16; i++) {
printf("%x ", buf[i]);
}
printf("\n");
接着初始化sd卡，然后从卡上读取一个block出来到buf中，并将读出的数据打印出来。并将buf2的数据在buf的数据加上1
sdcard_init(&sdcard);
sdcard_read_block(&sdcard, buf, 0);
printf("\nread sdcard before write\n");
for (i = 0; i < 16; i++) {
printf("%x ", buf[i]);
buf2[i] = buf[i] + 1;
}
printf("\n");
将处理过的buf2写入sd卡的第0个block。然后再将其读出到buf中并打印出来，可以看到sd卡前16个byte已经加了1了。
printf("write sdcard by add 1\n");
sdcard_write_block(&sdcard, buf2, 0);
sdcard_read_block(&sdcard, buf, 0);
printf("\nread sdcard after write\n");
for (i = 0; i < 16; i++) {
printf("%x ", buf[i]);
}
printf("\n");
while(1);
}
测试使用了一个test.img的文件作为测试文件，以其中一次测试为例。在测试程序运行前，前16个byte的数据是
00000000: 0405 0607 0809 0a0b 0c0d 0e0f 1011 1213 ................
在运行完程序后,前16个byte的数据皆增加了1。
00000000: 0506 0708 090a 0b0c 0d0e 0f10 1112 1314 ................
以下就是test_sdcard运行的完整log,注意需要把#define SDCARD_DEBUG定义在头文件中打开SD协议层的打印。
hello imx6ul bare metal:00000000
init buf as 0
00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 00000000
sdcard_init entry
sdcard_device_init entry
sdcard_dump_response: rsp0:00000120
sdcard_dump_response: rsp1:00000000
sdcard_dump_response: rsp2:00000000
sdcard_dump_response: rsp3:00000000
sdcard_send_cmd55 ret:0
sdcard_dump_response: rsp0:80ffff00
sdcard_dump_response: rsp1:00000000
sdcard_dump_response: rsp2:00000000
sdcard_dump_response: rsp3:00000000
sdcard_get_ocr_acmd41 ret:0
sdcard_dump_response: rsp0:beef0062
sdcard_dump_response: rsp1:2101dead
sdcard_dump_response: rsp2:51454d55
sdcard_dump_response: rsp3:00aa5859
sdcard_get_cid_cmd2: sd card product name:YQEMU
sdcard_get_cid_cmd2 ret:0
sdcard_dump_response: rsp0:45670500
sdcard_dump_response: rsp1:00000000
sdcard_dump_response: rsp2:00000000
sdcard_dump_response: rsp3:00000000
sdcard_set_rca_cmd3 ret:0
sdcard_dump_response: rsp0:00000700
sdcard_dump_response: rsp1:00000000
sdcard_dump_response: rsp2:00000000
sdcard_dump_response: rsp3:00000000
sdcard_select_card_cmd7 ret:0
sdcard_dump_response: rsp0:00000900
sdcard_dump_response: rsp1:00000000
sdcard_dump_response: rsp2:00000000
sdcard_dump_response: rsp3:00000000
sdcard_set_blk_len_cmd16 ret:0
sdcard_init ret:0
read sdcard before write
00000007 00000008 00000009 0000000a 0000000b 0000000c 0000000d 0000000e 0000000f 00000010 00000011 00000012 00000013 00000014 00000015 00000016
write sdcard by add 1
read sdcard after write
00000008 00000009 0000000a 0000000b 0000000c 0000000d 0000000e 0000000f 00000010 00000011 00000012 00000013 00000014 00000015 00000016 00000017
4 移植FATFS
本节移植最新的FATFS到系统上。
首先下载最新的FATFS：
FatFs R0.14
然后把FATFS目录下的c文件放到fatfs目录，将头文件放在include目录下如下：
4.1 FATFS初始化
移植FATFS，我们只需要重写diskio.c即可。
首先实现disk_initialize函数。
diskio.c
#define DEV_SD 0
static sdcard_t s_sdcard;
static bool s_is_sdcard_init;
DSTATUS disk_initialize (
BYTE pdrv
)
{
DSTATUS stat;
uint32_t result;
s_is_sdcard_init = false;
switch(pdrv) {
case DEV_SD:
result = disk_init_sdcard();
break;
default:
stat = STA_NODISK;
break;
}
if (result != SDCARD_SUCCESS) {
stat = STA_NOINIT;
} else {
s_is_sdcard_init = true;
stat = RES_OK;
}
DSIKIO_TRACE("%s stat:%x\n", __func__, stat);
return stat;
}
代码很简单，demo中只支持一个SD标准卡设备，当pdrv不是SD卡的时候，返回STA_NODISK。当pdrv是SD卡的时候，调用disk_init_sdcard初始化SD。
static uint32_t disk_init_sdcard()
{
imx_usdhc_t *usdhc = (imx_usdhc_t *)0x02190000;
DSIKIO_TRACE("%s entry\n", __func__);
s_sdcard.host = usdhc;
s_sdcard.rca = 0x45670000;
s_sdcard.host_init = usdhc_init;
s_sdcard.send_cmd = usdhc_send_command;
s_sdcard.get_resp = usdhc_get_response;
s_sdcard.read_block = usdhc_read_block;
s_sdcard.write_block = usdhc_write_block;
return sdcard_init(&s_sdcard);
}
disk_init_sdcard的代码与上一节的测试程序相似，将SD卡和usdhc绑定起来，然后调用sdcard_init初始化卡即可。
4.2 FATFS读写函数
disk_read 的实现也很简单，最终就是调用sdcard_read去调用驱动读block上的数据。这里需要注意的是传入sdcard_read的地址是sector * 512。这是由于qemu上的SD卡是标准卡。数据地址在标准卡中是以字节为单位的，而高容量卡中，是以块(512byte)为单位的。
DRESULT disk_read (
BYTE pdrv,
BYTE *buff,
LBA_t sector,
UINT count
)
{
DSTATUS ret;
uint32_t res = SDCARD_SUCCESS;
if (pdrv > 0) {
ret = STA_NODISK;
goto cleanup;
}
DSIKIO_TRACE("%s buff:%x, sector:%x, count:%x\n", __func__,
buff, sector, count);
while ((count > 0) || (res != SDCARD_SUCCESS)) {
res = sdcard_read_block(&s_sdcard, buff, sector * 512);
count--;
sector++;
}
ret = (res == SDCARD_SUCCESS) ? RES_OK : RES_PARERR;
cleanup:
DSIKIO_TRACE("%s ret:%x, buff[0]:%x, buff[1]:%x\n", __func__, ret, buff[0], buff[1]);
return ret;
}
disk_write的实现与disk_read类似，最终调用sdcard_write_block去写SD卡。
#if FF_FS_READONLY == 0
DRESULT disk_write (
BYTE pdrv,
const BYTE *buff,
LBA_t sector,
UINT count
)
{
DSTATUS ret;
uint32_t res = SDCARD_SUCCESS;
if (pdrv > 0) {
ret = STA_NODISK;
goto cleanup;
}
DSIKIO_TRACE("%s buff:%x, sector:%x, count:%x\n", __func__,
buff, sector, count);
while ((count > 0) || (res != SDCARD_SUCCESS)) {
res = sdcard_write_block(&s_sdcard, buff, sector * 512);
count--;
sector++;
}
ret = (res == SDCARD_SUCCESS) ? RES_OK : RES_PARERR;
cleanup:
DSIKIO_TRACE("%s ret:%x, buff[0]:%x, buff[1]:%x\n", __func__, ret, buff[0], buff[1]);
return ret;
}
#endif
4.3 其他函数实现
DSTATUS disk_status (
BYTE pdrv
)
{
DSTATUS stat;
switch(pdrv) {
case DEV_SD:
stat = s_is_sdcard_init == true ? RES_OK : STA_NOINIT;
break;
default:
stat = STA_NODISK;
break;
}
return stat;
}
DRESULT disk_ioctl (
BYTE pdrv,
BYTE cmd,
void *buff
)
{
return RES_OK;
}
至此，FATFS的移植就完成了，很简单，实现这5个函数即可。
4.4 测试
4.4.1 创建测试文件系统
创建一个128M的FAT32文件系统文件
~/6ul_study/6ul_bare_metal$ mkfs.msdos -F 32 -C testfs.img 131072
mkfs.fat 4.1 (2017-01-24)
挂载到/mnt/sdcard下，添加aa.txt，往aa.txt中写入"aa.txt:hello fatfs!"。然后umount掉，这样一个测试的文件系统就创建了。包含一个aa.txt的FAT32文件系统。
~/6ul_study/6ul_bare_metal$sudo mount -t msdos -o loop testfs.img /mnt/sdcard/
~/6ul_study/6ul_bare_metal$sudo vim /mnt/sdcard/aa.txt
~/6ul_study/6ul_bare_metal$ ls /mnt/sdcard/
aa.txt
~/6ul_study/6ul_bare_metal$ sudo umount /mnt/sdcard
~/6ul_study/6ul_bare_metal$ fdisk -l testfs.img
Disk testfs.img: 128 MiB, 134217728 bytes, 262144 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0x00000000
4.4.2 测试函数
挂载SD卡上的文件系统到fs，然后dump出 fs的信息。
entry.c
static void test_fatfs()
{
FATFS fs;
FIL file;
char buf[64];
char *test_str = "test fatfs string";
uint32_t len = 0;
FRESULT res = 0;
printf("%s entry\n", __func__);
res = f_mount(&fs,"0:",1);
printf("%s f_mount res:%d\n", __func__, res);
然后打开文件aa.txt，读出内容到buf中，并打印。
res = f_open(&file, "aa.txt", FA_READ);
printf("%s f_open res:%d\n", __func__, res);
f_read(&file, buf, 64, &len);
printf("%s read content: buf:%s\n", __func__, buf);
f_close(&file);
然后打开一个不存在的文件bb.txt，以FA_CREATE_NEW | FA_WRITE方式打开，将char *test_str = “test fatfs string”;写入到bb.txt中
res = f_open(&file, "bb.txt", FA_CREATE_NEW | FA_WRITE);
f_write(&file, test_str, 64, &len);
f_close(&file);
最后再重新打开bb.txt读取文件内容到buf中打印出来
res = f_open(&file, "bb.txt", FA_READ);
printf("%s f_open res:%d\n", __func__, res);
f_read(&file, buf, 64, &len);
printf("%s read content: buf:%s\n", __func__, buf);
f_close(&file);
while(1);
}
运行log：
:~/6ul_study/6ul_bare_metal$ make fatfs
hello imx6ul bare metal:00000000
test_fatfs entry
test_fatfs f_mount res:0
===========dump_fatfs=========
fs_type: 00000003
pdrv: 00000000
csize: 00000001
n_fats: 00000002
wflag: 00000000
fsi_flag: 00000000
id: 00000001
n_rootdir: 00000000
last_clst:00000006
free_clst:0003f01b
n_fatent:0003f020
fsize:000007e1
volbase:00000000
fatbase:00000020
dirbase:00000002
winsect:00000001
======================
test_fatfs f_open res:0
test_fatfs read content: buf:aa.txt:hello fatfs!
test_fatfs f_open res:0
test_fatfs read content: buf:test fatfs string
最后重新挂载一下testfs.img，可以看到在该文件系统下存在了bb.txt
~/6ul_study/6ul_bare_metal$ sudo mount -t msdos -o loop testfs.img /mnt/sdcard/
~/6ul_study/6ul_bare_metal$ ls /mnt/sdcard/
aa.txt bb.txt