五、SD卡物理层协议
SD卡的协议相对于SPI、I2C等协议的存储器来说相对复杂，包含SD卡物理层（机械封装、管脚、芯片结构、命令集等）、SD卡接口（SDIO）、SD主机控制器，甚至是软件设计的流程，都进行了详细的规定。
1、接口
① SDIO接口
参考《Simplified_SDIO_Card_Spec.pdf》
<1> CLK 时钟同步线
<2> CMD 命令信号线，主机发出的命令以及从机对命令的响应都是通过这条线进行传输
<3> DAT[3:0] 表示4条数据线，主机和从机的数据都是从这四条数据线上传输
② SPI接口
2、命令格式
3、响应格式
以R1为例
4、SD卡的工作状态
5、SD卡的两种状态信息
① Card Status
执行命令过程中的状态信息，比如地址不对齐错误、块长度错误、卡锁、ECC校验错误等等
② SD Status
SD卡的专有特征，编程中不经常涉及。这个状态值有512位，不是通过命令线传送给主机，而是通过数据线。
六、STM32与SD卡相配的外设--SDIO适配器
1、SDIO adapter 结构图
2、命令状态机（CPSM)
当发送命令和接收响应时，启动CPSM状态机。
3、数据通道状态机
当传输数据时，启动数据通道状态机。
4、FIFO
有关FIFO的资料参考：异步FIFO的FPGA实现
数据FIFO(先进先出)子单元是一个具有发送和接收单元的数据缓冲区。
FIFO包含一个每字32位宽、共32个字的数据缓冲区，和发送与接收电路。因为数据FIFO工作在AHB 时钟区域(HCLK/2)，所有与SDIO时钟区域(SDIOCLK)连接的信号都进行了重新同步。依据TXACT和RXACT标志，可以关闭FIFO、使能发送或使能接收。TXACT和RXACT 由数据通道子单元设置而且是互斥的：
─ 当 TXACT 有效时，发送 FIFO 代表发送电路和数据缓冲区
─ 当 RXACT 有效时，接收 FIFO 代表接收电路和数据缓冲区
5、SDIO的特殊功能寄存器
SDIO电源控制寄存器(SDIO_POWER)
SDIO时钟控制寄存器(SDIO_CLKCR) : 时钟选择、分频
SDIO参数寄存器(SDIO_ARG)
SDIO命令寄存器(SDIO_CMD)：控制发送命令
SDIO命令响应寄存器(SDIO_RESPCMD)：包含响应命令中的命令索引
SDIO响应1..4寄存器(SDIO_RESPx)：包含响应命令中的卡状态信息
SDIO数据定时器寄存器(SDIO_DTIMER)
SDIO数据长度寄存器(SDIO_DLEN)：读或者写的长度，通常是是512的倍数
SDIO数据控制寄存器(SDIO_DCTRL)：控制数据的读写方向、使能传输等信息
SDIO数据计数器寄存器(SDIO_DCOUNT)：当DPSM状态机从Idle state切换到Wait_R或者Wait_S状态时，SDIO_LEN的数值加载到该寄存器中
SDIO状态寄存器(SDIO_STA)
SDIO清除中断寄存器(SDIO_ICR)
SDIO中断屏蔽寄存器(SDIO_MASK)
SDIO FIFO计数器寄存器(SDIO_FIFOCNT)：当SDIO_DCTRL中的DTEN使能，并且DPSM处于Idle state时，SDIO_LEN/4的数值加载到该寄存器中
SDIO数据FIFO寄存器(SDIO_FIFO)：读写数据缓冲FIFO
七、SD卡编程
SD卡的编程在STM32官方固件库中就有例程，而且野火开发板对该例程进行了中文注释，不必再把源码贴入。这里着重讲一下SD卡编程流程，主要包含SD卡初始化、SD卡读、SD卡写、SD卡擦除。
1、SD卡编程的内容
SD卡主要就是用来存储数据的，所以核心就是读写。为了实现这个目标，必须实现响应的驱动。
配置过程中，不仅要设置好SD控制器，还需要将SD卡设置到合适的状态。在读取状态的时候，不仅涉及到SD控制器的状态，还涉及到SD卡的状态。
2、SD卡初始化
① STM32外设SDIO初始化
端口配置、端口时钟、SDIO时钟、DMA2时钟使能
SDIO寄存器复位
设置时钟SDIO_CK为400KHz以下，设置数据线宽度，开启时钟、开启SDIO电源
② SD卡上电初始化
上电初始化流程如上图所示，笔者认为官方库提供的例程没有完全按照这个流程图的指示去做。事实上，官方库的程序只做了如上图红色方框内的流程，之外的没涉及。
CMD0命令复位所有的卡。
SD协议规定：在初始化的时候，使用ACMD41之前，必须先使用CMD8命令。而且ACMD41命令属于应用命令，在使用之前需要先发送命令CMD55。
CMD8命令是为了核查电源是否匹配。ACMD41命令不断询问SD卡是否支持主机提供的电压，并且询问SD卡是否上电完成进入准备状态。ACMD41命令还能询问SD卡的类型（SDSC、SDHC）。
③卡进一步核查、获取卡信息
发送命令CMD2，以获取CID信息。
发送命令CMD3，以获取RCA相对地址，可以通过多次发送CMD3获取不同的RCA值，但是只有最后一次的才是有效的RCA地址。
发送命令CMD9，以获取CSD寄存器。
④ 设置SDIO工作在数据传输模式
设置SDIO的时钟为24MHz、数据线宽度为4位。
通过SD_GetCardInfo函数将之前得到CID、CSD处理成卡的信息。
通过CMD7命令选择匹配地址的卡，而取消选择其他的卡。
至此，初始化完成。
3、读SD卡的一个块
数据控制寄存器（SDIO_DCTRL）清零
发送命令CMD16，设置SD卡的Block大小
调用函数SDIO_DataConfig设置SDIO数据传输方式
发送命令CMD17，读单个块
SDIO数据传输结束中断使能
SDIO的DMA传输功能使能
DMA设置，并使能
4、写SD卡的一个块
数据控制寄存器（SDIO_DCTRL）清零
发送命令CMD16，设置SD卡的Block大小
发送命令CMD24，写单个块
调用函数SDIO_DataConfig设置SDIO数据传输方式
SDIO数据传输结束中断使能
DMA设置，并使能
使能SDIO的DMA传输功能
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