STM32F4之SDIO接口

一、SDIO接口简介

SDIO,全称: Secure Digital Input and Output ,即安全数字输入输出接口。它是在SD卡接口的基础上发展而来,它可以兼容之前的SD卡,并可以连接SDIO接口设备,比如:蓝牙、WIFI、照相机等。
SDIO和SD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准。低速卡的目标应用是以最小的硬件开支支持低速I/ O能力。低速卡支持类似调制解调器、条码扫描仪和GPS接收器等应用。
STM32的SDIO控制器支持多媒体卡(MMC卡)、SD存储卡、SD I/O卡和CE-ATA设备。
特点

  • ①与多媒体卡系统规格书版本4.2全兼容。支持三种不同的数据总线模式:1位(默认)、4位和8位。
  • ②与较早的多媒体卡系统规格版本全兼容(向前兼容)。
  • ③与SD存储卡规格版本2.0全兼容。
  • ④与SD I/O卡规格版本2.0全兼容:支持两种不同的数据总线模式:1位(默认)和4位。
  • ⑤完全支持CE-ATA功能(与CE-ATA数字协议版本1.1全兼容)。 8位总线模式下数据传输速率可达48MHz。
  • ⑥数据和命令输出使能信号,用于控制外部双向驱动器。

二、SDIO框图以及SDIO时钟

STM32F4之SDIO接口_第1张图片复位后SDIO_D0用于数据传输。初始化后主机可以改变数据总线的宽度(通过ACMD6命令设置)。如果一个多媒体卡接到了总线上,则SDIO_D0、SDIO_D[3:0]或SDIO_D[7:0]可以用于数据传输。
MMC版本V3.31和之前版本的协议只支持1位数据线,所以只能用SDIO_D0(为了通用性考虑,在程序里面我们只要检测到是MMC卡就设置为1位总线数据)。
SDIO时钟
1、卡时钟(SDIO_CK):每个时钟周期在命令和数据线上传输1位命令或数据。对于SD或SD I/O卡,时钟频率可以在0MHz至25MHz间变化。
2、SDIO适配器时钟(SDIOCLK):该时钟用于驱动SDIO适配器,可用于产生SDIO_CK时钟。对F1来说,SDIOCLK来自HCLK(72Mhz);对F4来说,SDIOCLK来自PLL48CK(48Mhz)。
3、F1:AHB总线接口时钟(HCLK/2):该时钟用于驱动SDIO的AHB总线接口,其频率为HCLK/2=36Mhz。
F4:APB2总线接口时钟(PCLK2):该时钟用于驱动SDIO的APB2总线 接口,其频率为PCLK2=84Mhz。
在这里插入图片描述
注意:在SD卡初始化时,SDIO_CK不可以超过400Khz,初始化完成后,可以设置为最大频率(但不可以超过SD卡最大操作频率)。

三、SDIO命令和响应

命令
SDIO的命令分为:应用相关命令(ACMD)和通用命令(CMD)两部分。发送ACMD时,需先发送CMD55。
SDIO所有的命令和响应都是在SDIO_CMD引脚上面传输的,命令长度固定为48位,SDIO命令格式如下表所示:STM32F4之SDIO接口_第2张图片
其中:除了命令索引和参数需要我们设置,其他都是由SDIO硬件自动控制。命令索引(如CMD0,CMD1之类)由SDIO_CMD寄存器设置,命令参数则由SDIO_ARG寄存器设置。
响应
一般SD卡在接收到命令行,都会有一个应答(CMD0例外),这个应答我们也称之为响应。STM32的SDIO接口,支持2种响应类型:短响应(48位)和长响应(136位)。SD卡总共有6类响应(R1、R1b、R2、R3、R6、R7),我们这里以R1为例简单介绍一下。R1(普通响应命令)响应属于短响应
1、STM32 SDIO短响应(48位)格式如下表所示:STM32F4之SDIO接口_第3张图片
2、STM32 SDIO长响应(136位)格式如下表所示:STM32F4之SDIO接口_第4张图片
不论是短响应还是长响应,硬件都会自动滤除了起始位、传输位、CRC7以及结束位等信息,对于短响应,命令索引存放在SDIO_RESPCMD寄存器,参数则存放在SDIO_RESP1寄存器里面。对于长响应,则仅留CID/CSD位域,存放在SDIO_RESP1~SDIO_RESP4等4个寄存器。

四、SDIO块数据传输

1、读数据块操作
SDIO与SD卡通信一般以数据块的形式进行传输,SDIO(多)数据块读操作,如下图所示:
STM32F4之SDIO接口_第5张图片

  • 从机在收到主机相关命令后,开始发送数据块给主机,所有数据块都带CRC校验(由硬件自动处理),单个数据块读的时候,在收到1个数据块以后即可以停止了,不需要发送停止命令(CMD12)。但是多块数据读的时候,SD卡将一直发送数据给主机,直到接到主机发送的STOP命令(CMD12)。

2、写数据块操作
SDIO(多)数据块写操作,如下图所示:STM32F4之SDIO接口_第6张图片

  • 数据块写操作同数据块读操作基本类似,只是数据块写的时候,多了一个繁忙判断,新的数据块必须在SD卡非繁忙的时候发送。这里的繁忙信号由SD卡拉低SDIO_D0,以表示繁忙,SDIO硬件自动控制,不需要我们软件处理。

五、SDIO寄存器介绍
1、SDIO电源控制寄存器(SDIO_POWER)STM32F4之SDIO接口_第7张图片

  • 该寄存器只有最低2位(PWRCTRL[1:0])有效,其他都是保留位,STM32复位以后,PWRCTRL=00,处于掉电状态。所以,我们首先要给SDIO上电,设置这两个位为:11。

2、SDIO时钟控制寄存器(SDIO_CLKCR)STM32F4之SDIO接口_第8张图片
3、SDIO参数寄存器(SDIO_ARG)
STM32F4之SDIO接口_第9张图片
4、SDIO命令寄存器(SDIO_CMD)STM32F4之SDIO接口_第10张图片

  • 低6位为命令索引,即要发送的命令索引号(如发送CMD1,其值为1,索引就设置为1)。位[7:6],用于设置等待响应位,用于指示CPSM是否需要等待,以及等待类型等。

5、SDIO命令响应寄存器(SDIO_RESPCMD)
STM32F4之SDIO接口_第11张图片

  • 该寄存器只有低6位有效,比较简单,用于存储最后收到的命令响应中的命令索引。如果传输的命令响应不包含命令索引,则该寄存器的内容不可预知。

6、SDIO命令响应1~ 4寄存器(SDIO_RESPx,x=1~4)STM32F4之SDIO接口_第12张图片

  • 命令响应寄存器组,总共包含4个32位寄存器组成,用于存放接收到的卡响应部分的信息。如果收到短响应,则数据存放在SDIO_RESP1寄存器里面,其他三个寄存器没有用到。而如果收到长响应,则依次存放SDIO_RESP1~SDIO_RESP4里面。

7、SDIO数据定时器寄存器(SDIO_DTIMER)
在这里插入图片描述

  • 该寄存器用于存储以卡总线时钟(SDIO_CK)为周期的数据超时时间,一个计数器将从SDIO_DTIMER寄存器加载数值,并在数据通道状态机(DPSM)进入Wait_R或繁忙状态时进行递减计数,当DPSM处在这些状态时,如果计数器减为0,则设置超时标志。
  • 注意:在写入数据控制寄存器(SDIO_DCTRL),进行数据传输之前,须先写入该寄存器(SDIO_DTIMER)和数据长度寄存器(SDIO_DLEN)!

8、SDIO数据长度寄存器(SDIO_DLEN)
STM32F4之SDIO接口_第13张图片

  • 该寄存器低25位有效,用于设置需要传输的数据字节长度。对于块数据传输,该寄存器的数值,必须是数据块长度(通过SDIO_DCTRL设置)的倍数。
  • 即:假定数据块大小为512字节,那么SDIO_DLEN的设置,必须是512的整数倍,最大可以设置读取65535个数据块。

9、SDIO数据控制寄存器(SDIO_DCTRL)STM32F4之SDIO接口_第14张图片

  • 该寄存器,用于控制数据通道状态机(DPSM),包括数据传输使能、传输方向、传输模式、DMA使能、数据块长度等信息的设置。

10、SDIO状态寄存器(SDIO_STA)STM32F4之SDIO接口_第15张图片

  • 状态寄存器可以用来查询SDIO控制器的当前状态,以便处理各种事务。比如SDIO_STA的位2表示命令响应超时,说明SDIO的命令响应出了问题。

11、SDIO数据FIFO寄存器(SDIO_FIFO)STM32F4之SDIO接口_第16张图片

  • 数据FIFO寄存器包括接收和发送FIFO,他们由一组连续的32个地址上的32个寄存器组成,CPU可以使用FIFO读写多个操作数。例如我们要从SD卡读数据,就必须读SDIO_FIFO寄存器,要写数据到SD卡,则要写SDIO_FIFO寄存器。SDIO将这32个地址分为16个一组,发送接收各占一半。而我们每次读写的时候,最多就是读取接收FIFO或写入发送FIFO的一半大小的数据,也就是8个字(32个字节)。
  • 注意:操作SDIO_FIFO必须是以4字节对齐的内存操作,否则可能出错!

SDIO接口就介绍到这里啦@@@@@

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