【SD卡】关于DJYOS下SD卡驱动开发详解

关于DJYOS下SD卡驱动开发详解

                                                                             王建忠 2011/6/21

 

1      开发环境及说明

硬件平台:tq2440(CPU: s3c2440)

操作系统:DJYOS1.0.0

 

1.1    说明

Tq2440开发板用的cpu是S3C2440,由于s3c2440自带SD卡控制器,故我们选择操作SD卡的模式是SD卡模式。对SPI模式的SD卡驱动,这里我就不说明了。等以后在djyos下有移植spi模式的SD卡驱动,我就再写一篇技术文章。

网上关于SD卡得文章非常多，在这里关于SD卡协议等等细节的，我就不介绍了。大家去网上搜索几篇看看，在这里，我就简单介绍一点以及主要还是讲DJYOS下的SD卡驱动。

注意：这文档附带的sd卡驱动，不支持sdv2.0以上的sd卡(即2G以上sd卡不支持)

1.2    SD卡电路图

下面是tq2440开发板上面的SD卡模块电路图。

2      SD卡简介

2.1    SD卡引脚解析

 

2.2    SD卡命令解析

2.2.1  SD卡的命令格式：

SD卡的指令由6字节(Byte)组成，如下：

Byte1：0 1 x x x x x x(命令号，由指令标志定义，如CMD39为100111即16进制0x27，那么完整的CMD39第一字节为01100111，即0x27+0x40)

Byte2-5:Command Arguments,命令参数，有些命令没有参数

Byte6:前7位为CRC(CyclicRedundacy Check，循环冗余校验)校验位，最后一位为停止位0

2.2.2  SD卡的命令

SD卡命令共分为12类，分别为class0到class11，

不同的SDd卡，主控根据其功能，支持不同的命令集 如下:

Class0 :(卡的识别、初始化等基本命令集)

CMD0:复位SD 卡.

CMD1:读OCR寄存器.

CMD9:读CSD寄存器.

CMD10:读CID寄存器.

CMD12:停止读多块时的数据传输

CMD13:读 Card_Status 寄存器

Class2 (读卡命令集):

CMD16:设置块的长度

CMD17:读单块.

CMD18:读多块,直至主机发送CMD12为止 .

Class4(写卡命令集) :

CMD24:写单块.

CMD25:写多块.

CMD27:写CSD寄存器 .

Class5 (擦除卡命令集):

CMD32:设置擦除块的起始地址.

CMD33:设置擦除块的终止地址.

 

CMD38: 擦除所选择的块.

Class6(写保护命令集):

CMD28:设置写保护块的地址.

CMD29:擦除写保护块的地址.

CMD30: Ask the card for the status of thewrite protection bits

class7：卡的锁定，解锁功能命令集

class8：申请特定命令集。

class10 －11 ：保留

 

 

3      Djyos下开发SD卡驱动

Tq2440，自带的sd卡程序。只是从0地址开始。简单的测试，可以读写就行。整个代码比较乱，sd卡驱动接口没有规范好。我在这里，根据DJYOS的需求，将tq2440自带的代码进行修改，变成只支持SD卡驱动，不支持MMC卡驱动。并且提供可以供上层使用的SD卡读写接口。

3.1    SD卡初始化

3.1.1  SD卡初始化流程图

图3-1，是SD卡初始化的流程图。

图3-1 SD卡初始化流程图

3.1.2  Sd卡初始化函数module_init_SD

module_init_SD（），是SD卡模块初始化函数。本函数，在djyos源码main.c文件djy_main（）函数中调用。只要被调用了，这个时候上层就可以调用SD卡的读写函数了。

       module_init_SD的源码，在3.1.1节的流程图介绍的已经比较清楚了。下面的代码里，也带有详细的注释。就不做很多解释了。下面代码中，有些带有MMC的代码，是因为MMC和SD卡类似，为了以后兼容MMC卡。

int module_init_SD(void) {          int i;          RCA=0;        MMC=0;        //GPIO初始化        rGPEUP  = 0xf83f;     // SDCMD, SDDAT[3:0] => PU En.        rGPECON = 0xaaaaaaaa;      //SDCMD, SDDAT[3:0]     //设置频率为400KHz        rSDIPRE=cn_pclk/(INICLK)-1;        rSDICON=(1<<4)|1;     // Type B, clk enable        rSDIFSTA=rSDIFSTA|(1<<16);   //YH 040223 FIFO reset        rSDIBSIZE=0x200;              // 512byte(128word)        rSDIDTIMER=0x7fffff;              // Set timeout count     // Wait 74SDCLK for MMC card        for(i=0;i<0x1000;i++);      //发送命令0，使sd卡进入idle状态        cmd0();          //检查是否是MMC卡，并且设置目标工作电压        //设置MMC，为了以后兼容MMC        if(chk_MMC_OCR())        {               MMC=1;               goto RECMD2;        }        //检查是否是SD卡，并且设置目标工作电压        if(!chk_SD_OCR())               return 0; RECMD2:        rSDICARG=0x0;   // CMD2(stuff bit)        rSDICCON=(0x1<<10)|(0x1<<9)|(0x1<<8)|0x42; //lng_resp, wait_resp, start, CMD2        //发送CMD2，获取SD卡身份信息，并且使卡进入identification模式        if(!chk_cmd_end(2, 1))               goto RECMD2;        rSDICSTA=0xa00; // Clear cmd_end(with rsp) RECMD3:        //--Send RCA        rSDICARG=MMC<<16;           // CMD3(MMC:Set RCA, SD:Ask RCA-->SBZ)        rSDICCON=(0x1<<9)|(0x1<<8)|0x43; // sht_resp, wait_resp, start, CMD3        //发送CMD3，SD卡获取RCA,进入stand_by状态        if(!chk_cmd_end(3, 1))               goto RECMD3;            rSDICSTA=0xa00; // Clear cmd_end(with rsp)     RCA=( rSDIRSP0 & 0xffff0000 )>>16;     rSDIPRE=cn_pclk/(SDCLK)-1;    // Normal clock=25MHz     //--State(stand-by) check        if( rSDIRSP0 & 0x1e00!=0x600 )  // CURRENT_STATE check               goto RECMD3;        card_sel_desel(1);   // Select        set_4bit_bus();        return 1; }

3.2    SD卡接口

SD卡接口，就是指SD卡得读写函数。在这里，我们将使用读写一扇区，作为对应用层的接口，所以读写SD卡，都是一次性一个扇区的读写。没有精确到某个地址读写。

Tq2440下的SD卡，是直接由CPU控制的。CPU，拥有自己的SD卡控制器。对SD卡读写接口，在这里涉及到一个比较重要的寄存器，对其配置比较多。就是SDI数据控制寄存器（rSDIDCON）。

       SD卡读写，基本上都是在该寄存器进行配置，所以配置这个寄存器的时候要特别注意。下面是该寄存器每比特位代表的含义。想看其他更多有关于SD卡控制器的寄存器，请看S3C2440A的芯片资料。

保留 [31:25] Burst4 enable   [24]    在DMA模式下使能Burst4。仅当数据大小是字时该位被  (Burst4)               置位。0：无效 1：Burst4使能      Data Size       [23:22] 指出用FIFO传输的大小，哪个类型，半字或字。00 = 字节 (DataSize)              传输，01 =半字传输 10 = 字传输， 11 = 保留   SDIO Interrupt  [21]    决定SDIO的中断周期是 2个周期还是外部更多周期，当数据块 Period Type(PrdType)    最后被发送（对SDIO）。0=正好两个周期 1=更多周期（像单周期）     Transmit After  [20]    决定数据传输在响应收到后开始或不开始。0= 在DatMode设置后直接 Response(TARSP)         1= 在响应收到后（假定设置DatMode设为 2b11）   Receive After   [19]    决定数据传输在命令发出后开始或不开始 0= 在DatMode设置后直接 Command(RACMD)          1= 在命令发出后（假定设置DatMode设为2b10）   Busy After      [18]    决定忙接收在命令发出后开始或不开始 0= 在DatMode设置后直接 Command(BACMD)          1= 在命令发出后（假定设置DatMode设为2b01）   Block mode      [17]    数据传输模式 0=流数据传输 1=模块数据传输  (BlkMode)   Wide bus        [16]    决定使能宽总线模式 0：标准总线模式（仅使用SDIDAT[0]） enable(WideBus)         1：宽总线模式（使用SDIDAT[3]）   DMA Enable      [15]    使能DMA（当DMA操作完成时，该位应该无效） (EnDMA)                 0：无效（查询） 1：DMA使能   Data Transfer   [14]    决定数据传输是否开始，该位自动清除。 Start(DTST)             0：数据准备好， 1：数据开始   Data Transfer   [13:12] 决定数据传输的方向 00 =无操作， 01 = 仅忙检测模式 Mode (DatMode)          10 =数据接收模式，11 =数据发送模式   BlkNum          [11:0] 模块数(0~4095)，当流模式时不考虑

 

3.2.1  读一扇区read_one_sector

下面代码，是读一扇区的代码。其实整个代码的核心部分。是上面一开始就说的rSDIDCON寄存器的配置。现在我们就大概的讲一下读一个扇区的过程

1、 复位FIFO

2、 配置rSDIDCON寄存器

(2<<22)|(1<<19)|(1<<17)|(1<<16)|(1<<14)|(2<<12)|(1<<0)

分别代表：使用一字传输、数据传输在命令开始后、使用模块数据传输、使用宽总线模式（使用4个数据地址线引脚）、数据开始，该位自动清零、启动数据接收模式（用户读取SD卡的意思）、模块数为1。

3、 设置sector_addr，这里左移9位。代表的是扇区的意思，扇区是512字节大小（1左移9位，是512）。

4、 通过配置rSDICCON寄存器，开始读取数据。数据是一个字一个字的读。所以512字节，读取128次。

5、 通过chk_dat_end，检查数据是否结束

6、 一些清除操作，见代码

void read_one_sector(u32 sector_addr,unsigned int *buf) {     unsigned int value;        int status;          rd_cnt=0;           rSDIFSTA=rSDIFSTA|(1<<16);   // FIFO reset       =(2<<22)|(1<<19)|(1<<17)|(1<<16)|(1<<14)|(2<<12)|(1<<0);   //YH 040220        //rSDIDCON，[11:0] 我设置是1，所以这里block_addr，必须是地址，而不是扇区号        //移动9位，512字节。这样，block_addr就变成了"扇区号"了        rSDICARG= sector_addr <<9;      // CMD17/18(addr)       //开始准备读取数据         rSDICCON=(0x1<<9)|(0x1<<8)|0x51;    // sht_resp, wait_resp, dat, start, CMD17     if(!chk_cmd_end(17, 1))       //-- Check end of CMD17         return ;     rSDICSTA=0xa00; // Clear cmd_end(with rsp)            while(rd_cnt<128)  // 128word=512byte     {         if((rSDIDSTA&0x20)==0x20) // Check timeout         {             rSDIDSTA=(0x1<<0x5);  // Clear timeout flag             break;         }         status=rSDIFSTA;         if((status&0x1000)==0x1000)      // Is Rx data?         {             value = rSDIDAT;             byte_conversion(&value,buf);             *buf++;             rd_cnt++;         }     }     //-- Check end of DATA        if(!chk_dat_end())               return ;          rSDIDCON=rSDIDCON&~(7<<12);                 rSDIFSTA=rSDIFSTA&0x200;    //Clear Rx FIFO Last data Ready        rSDIDSTA=0x10;  // Clear data Tx/Rx end detect   }

 

3.2.2  写一扇区write_one_sector

下面代码，是写一扇区的代码。写一个扇区的大概过程如下：

1、 复位FIFO

2、 配置rSDIDCON寄存器

 (2<<22)|(1<<20)|(1<<17)|(1<<16)|(1<<14)|(3<<12)|(1<<0)

分别代表：使用一字传输、数据传输在命令开始后、使用模块数据传输、使用宽总线模式（使用4个数据地址线引脚）、数据开始，该位自动清零、启动数据发送模式（用户写入SD卡的意思）、模块数为1。

3、 设置sector_addr，这里左移9位。代表的是扇区的意思，扇区是512字节大小（1左移9位，是512）。

4、 通过配置rSDICCON寄存器，开始写入数据。数据是一个字一个字的写入。所以512字节，写入128次。

5、 通过chk_dat_end，检查数据是否结束

6、 一些清除操作，见代码

 

void write_one_sector(u32 sector_addr,unsigned int *buf) {        u32 value;        int status;       buf=(u32*)buf;//由于FAT是是以u8传入。不知道上面是否强制转换了        wt_cnt=0;           rSDIFSTA=rSDIFSTA|(1<<16);   // FIFO reset        rSDIDCON=(2<<22)|(1<<20)|(1<<17)|(1<<16)|(1<<14)|(3<<12)|(1<<0);       //YH 040220     //扇区号转为地址，移动9位，是512字节的意思        rSDICARG= sector_addr <<9;          // CMD24/25(addr)     rSDICCON=(0x1<<9)|(0x1<<8)|0x58; //sht_resp, wait_resp, dat, start, CMD24     if(!chk_cmd_end(24, 1))       //-- Check end of CMD24         return;     rSDICSTA=0xa00; // Clear cmd_end(with rsp)     while(wt_cnt<128)     {         status=rSDIFSTA;         if((status&0x2000)==0x2000)         {             byte_conversion(buf,&value);             rSDIDAT=value;             *buf++;             wt_cnt++;         }     }        if(!chk_dat_end())               return;     // Clear Data Transfer mode => no operation,Cleata     //Data Transfer start        rSDIDCON=rSDIDCON&~(7<<12);                 rSDIDSTA=0x10;  // Clear data Tx/Rx end }