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野火教程/SDIO工作流程/SDIO笔记

news 2025/6/10 2:10:41

本流程是根据野火官方提供的F407源码绘制而来,可将照片另存为到自己电脑上进行观看

SDIO（Secure Digital Input Output）是在SD存储卡标准基础上扩展出来的一种接口标准，主要用于连接除了存储卡以外的输入/输出设备（如Wi-Fi卡、蓝牙模块、GPS模块、摄像头等）。其工作流程围绕着主机（Host Controller）与SDIO卡之间的命令和数据交互展开，核心遵循SD物理层规范和SDIO规范。以下是其典型的工作流程：

核心阶段：

初始化与识别 (Initialization & Identification):
- 上电与时钟初始化： 主机向卡槽供电（VDD），并提供一个较低的初始时钟频率（通常为400kHz或更低）。
- 发送复位命令 (CMD0)： 主机发送CMD0命令（带参数0x00000000），使卡进入Idle状态（SPI模式）或Pre-idle状态（SD模式）。这是硬复位。
- 检查接口条件 (CMD8)： 主机发送CMD8命令，检查卡是否支持SD规范（特别是高电压范围）。卡会返回一个响应（R7），包含其支持的信息。
- 初始化过程 (ACMD41)： 主机发送ACMD41命令（实际是先发CMD55表示下一个是应用命令，再发ACMD41）。这个命令携带主机支持的工作电压范围、是否支持高容量（SDHC/SDXC）以及最关键的是设置HCS位（Host Capacity Support）。主机在参数中设置HCS=1表示支持SDHC/SDXC。卡在响应（R3）中返回OCR寄存器内容：
  - CCS位：如果卡是SDHC/SDXC，此位会被置位（CCS=1）。
  - Busy位：表示卡初始化是否完成。主机需要重复发送ACMD41命令，直到卡的Busy位变为1（表示初始化完成）。
- 识别卡 (CMD2, CMD3)：
  - 主机发送CMD2命令，请求所有在线的卡发送其唯一的CID寄存器（Card Identification Number）。所有卡都会响应（R2）。
  - 主机发送CMD3命令，请求一个卡发布其新的相对地址RCA（Relative Card Address）。这个地址用于后续与该卡的专属通信。卡响应（R6）包含其RCA。
- 选择卡 (CMD7)： 主机发送CMD7命令，带上刚刚分配的RCA，将该卡选中（进入Transfer State）。此时其他卡进入Stand-by State。只有被选中的卡才能进行后续的数据传输和配置操作。
- 识别SDIO卡 (CMD5)： 主机发送CMD5命令，查询卡是否支持SDIO功能。真正的SDIO卡会返回一个有效的响应（R4），其中包含重要的OCR寄存器信息（特别是S18A位表示是否支持1.8V信号电压）和Function信息。这一步是区分纯存储卡和SDIO卡的关键。 主机根据响应判断卡是存储卡、SDIO卡还是组合卡（Combo Card）。
SDIO卡设置与功能初始化 (Card Setup & Function Initialization):
- 设置总线宽度 (ACMD6)： 主机发送ACMD6命令（先CMD55，再ACMD6）设置数据总线宽度（1-bit 或 4-bit）。
- 设置总线速度 (CMD6)： 主机发送CMD6命令（Switch Function），切换到更高的总线速度模式（如High-Speed模式）。卡响应（R1）确认切换。
- 设置信号电压 (CMD11)： 如果在CMD5响应中卡表示支持1.8V（S18A=1）且主机也支持，主机发送CMD11命令请求切换到1.8V信号电平。切换成功后，主机和卡都切换到1.8V工作。
- 读取卡特定数据 (CCCR, FBR)：
  - 主机使用CMD52（单字节读写）或CMD53（多字节块读写）命令读取CCCR寄存器（Card Common Control Register），获取SDIO卡的整体能力信息（如支持的最高总线速度、是否支持中断、是否支持挂起/恢复等）。
  - 主机使用CMD52/CMD53命令读取每个I/O功能（Function）的FBR寄存器（Function Basic Register），了解该功能的具体信息（如功能类型、是否启用、是否需要初始化等）。
- 初始化I/O功能：
  - 主机通过CMD52/CMD53命令配置每个需要使用的I/O功能。这通常包括：
    - 设置功能特定的控制寄存器（启用/禁用功能、设置工作模式、配置中断等）。
    - 可能加载固件到功能的内存（如果需要）。
    - 启用功能的中断（在CCCR和功能寄存器中配置）。
  - 主机可能需要与功能特定的驱动程序交互来完成更复杂的初始化。
正常操作 (数据传输与中断处理):
- 数据传输 (Data Transfer):
  - 命令阶段： 主机发送一个读写命令（CMD52用于单字节访问，CMD53用于多字节块访问）。命令中指定：
    - 目标功能号（Function Number）
    - 操作类型（读/写）
    - 寄存器地址（或数据缓冲区地址）
    - 数据长度（对于CMD53）
    - 地址模式（字节模式或块模式）
    - 是否使用增量地址
  - 响应阶段： SDIO卡返回命令响应（R1/R5），指示命令是否被接受以及状态。
  - 数据阶段 (仅CMD53或有数据的CMD52)： 如果是写操作，主机在发送命令后紧接着发送数据块。如果是读操作，卡在响应后紧接着发送请求的数据块。数据传输通过DAT[0:3]线进行。
  - CRC与状态： 数据传输结束后，发送方（主机或卡）发送CRC校验码。接收方验证CRC。最后，卡发送一个数据响应令牌（对于写操作）或主机发送停止命令（对于读操作）。
- 中断处理 (Interrupt Handling):
  - 中断触发： 当SDIO卡上的某个功能需要主机服务时（如数据到达、状态改变），它会将DAT1线拉低（在4-bit模式下）。
  - 主机检测： 主机控制器硬件检测到DAT1线变低（中断信号）。
  - 中断轮询： 主机通常会在驱动程序中安排一个中断服务例程（ISR）。当硬件检测到中断，会触发CPU中断或通知驱动程序。
  - 中断源识别： 主机使用CMD52命令读取CCCR寄存器的Int Pending寄存器，确定是哪个功能产生了中断（每个功能对应一个位）。
  - 中断服务： 主机根据中断源，调用相应功能的中断处理程序进行处理（如读取接收到的数据、处理事件、清除中断标志等）。处理完后，卡会自动释放DAT1线（拉高）。
- 电源管理 (可选)：
  - 挂起 (Suspend - CMD52)： 主机可以通过写功能寄存器或CCCR寄存器，将卡或特定功能置于低功耗挂起状态。
  - 恢复 (Resume - CMD52)： 主机通过写寄存器唤醒卡或功能。
  - 掉电 (CMD0 - Soft Reset)： 主机发送CMD0（软复位，参数0x00000000）使卡进入Idle状态，停止所有操作并降低功耗。之后需要重新初始化才能使用。

关键点总结：

命令驱动： 所有操作都由主机通过发送命令（CMDx）发起。
寄存器访问： 配置和控制SDIO卡及其功能主要通过CMD52（单字节）和CMD53（多字节）读写其内部寄存器（CCCR, FBR, 功能特定寄存器）实现。
功能导向： 核心在于初始化和管理多个独立的I/O功能（Function）。
状态机： SDIO卡内部有一个复杂的状态机，主机通过发送特定命令使其在不同状态间转换（Idle, Ready, Ident, Stby, Tran, Data, Rcv, Prg, Dis, 以及SDIO特有的I/O状态）。