F4_SDIO驱动

今天整理一下F4自带的SDIO接口的使用。

F4 的 SD/SDIO MMC 卡主机接口 (SDIO) 支持多媒体卡（ MMC 卡）、 SD 存储卡、 SD I/O 卡和 CE-ATA 设备之间的接口。各种各样的卡大致就分为上述几类卡型，不同的卡型也拥有不同的通信协议，如果要详细了解各类卡的通信协议及相关的约定，可以浏览下面的几个网站：
● 多媒体卡协会网站 www.mmca.org 中提供了由 MMCA 技术委员会发布的多媒体卡系统规范。
● SD 卡协会网站 www.sdcard.org 中提供了 SD 存储卡和 SD I/O 卡系统规范。
● CE-ATA 工作组网站 www.ce-ata.org 中提供了 CE-ATA 系统规范。

F4的SDIO可以十分方便的驱动各类SD卡，它由下面两个部分组成：
● SDIO 适配器块提供特定于 MMC/SD/SD I/O 卡的所有功能，如时钟生成单元、命令和数据传输。
● APB2 接口访问 SDIO 适配器寄存器，并且生成中断和 DMA 请求信号。

从表中可以发现SDIO有三条时钟线：
● PCLK2（APB2总线接口时钟）：该时钟用于驱动 SDIO的 APB2总线接口，其频率为 HCLK/2，一般为 84Mhz。
● SDIOCLK （SDIO 适配器时钟）：该时钟用于驱动 SDIO 适配器，来自 PLL48CK，一般为48Mhz，并用于产生 SDIO_CK 时钟。
● SDIO_CK（SDIO_CK卡时钟）：每个时钟周期在命令和数据线上传输 1 位命令或数据。对于多媒体卡 （MMC卡）V3.31 协议，时钟频率可以在 0MHz 至 20MHz 间变化；对于多媒体卡 V4.0/4.2 协议，时钟频率可以在 0MHz 至 48MHz 间变化；对于 SD 或 SD I/O 卡，时钟频率可以在 0MHz 至 25MHz间变化。

SDIO_CMD 有两种操作模式：
① 用于初始化时的开路模式(仅用于 MMC 版本 V3.31 或之前版本)
② 用于命令传输的推挽模式(SD/SD I/O 卡和 MMC V4.2 在初始化时也使用推挽驱动)

这次我用的是金士顿家的SDHC卡：（不过是8G的。。）

现在开始用SDIO来initSD卡：
①：SDIO_POWER。[偏移地址0x00]
系统复位之后，SDIO是默认断电的，所以先得将SDIO的电源给打开。想打开SDIO的电源也非常的简单，只需要修改一个寄存器的值就行了，那就是SDIO_POWER。这个32位寄存器的功能选项也特别的简单，可修改的位数也特别的少，只有[1:0]可供我们进行修改，这最低的两个位ST给他们命名为PWRCTRL，意为电源控制，00掉电，01保留，10保留上电，11通电：为卡提供时钟。我们选择11，通电，来为我们的SD卡提供时钟。
②：SDIO_CLKCR。[偏移地址0x04]
我们将SDIO上电之后，我们就可以开始配置SDIO_CLKR来给我们的SDIO卡配置时钟等相关信息了。
这个32位的寄存器SDIO_CLKCR可以设定的功能比较多，低15位均可以进行配置。

• [14:13]：我没用到，是使用硬件流控制和SDIO_CK的相移选择的，我用不着，就不配置了。
• [12:11]：WIDBUS宽总线模式使能位，可以让我们来设定总线的位数，我选择01，4位宽总线模式SDIO_D[3:0]，因为原子板上一共也就接了四根数据线，选多一点的吧。
• [10]：BYPASS时钟分频器旁路选择位，我选0，禁止旁路，在驱动 SDIO_CK 输出信号前，可以根据 CLKDIV 值对 SDIOCLK 进行分频。
• [8]：CLKEN时钟始能位，当然选1，是能时钟。
• [7:0]：CLKDV时钟分频系数，SDIO_CK=SDIOCLK/[CLKDIV+2]，一般设置为 0，即可得到 24Mhz 的 SDIO_CK 频率，F4的外设时钟是48MHz

③：SDIO_ARG。[偏移地址0x08]
SDIO参数寄存器。这个32位寄存器每个位都有用到，但是却是最简单的寄存器，SDIO_ARG 寄存器包含一个 32 位命令参数，该参数作为命令消息的一部分发送到卡。
④：SDIO_CMD。[偏移地址0x0C]
SDIO命令寄存器。这个32位的寄存器的低15位是可以给用户进行设置的，功能较多。

• [10]：CPSMEN命令路径状态机 (CPSM) 使能位。这个通常置1。
• [5:0]：低 6 位为命令索引，也就是我们要发送的命令索引号（比如发送 CMD1，其值为 1，索引就设置为 1）

⑤：SDIO_RESPCMD。[偏移地址0x10]
SDIO命令响应寄存器。这个32位寄存器功能较少，只有低六位可供用户进行设置。

• [5:0]：RESPCMD响应命令索引。只读位域。包含接收到的最后一个命令响应的命令索引。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，也就是说，如果你的传输命令响应中已知不包含命令索引的话，就别读了，以免读到怪物。

⑥：SDIO_RESPx。[偏移地址(0x10+(4*x)); x=1..4]
SDIO响应寄存器组。一共有四个响应寄存器，这四个寄存器包含卡的状态，该状态来自接收的响应。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，则依次存放在SDIO_RESP1~ SDIO_RESP4 里面。

⑦：SDIO_DTIMER。[偏移地址0x24]
SDIO数据定时器寄存器。这个32位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，进行数据传输之前，必须先写入该寄存器（SDIO_DTIMER）和数据长度寄存器（SDIO_DLEN）
⑧：SDIO_DLEN。[偏移地址0x28]
SDIO数据长度寄存器。SDIO_DLEN 寄存器包含要传输的数据字节数。当数据传输开始时，值将加载到数据计数器中。

• [24:0]：数据长度值。

⑨SDIO_DCTRL。[偏移地址0x2C]
SDIO数据控制寄存器。SDIO_DCTRL 寄存器用来控制数据路径状态机 (DPSM)，可以说非常的重要。

• [10]：SDIOEN，SD I/O使能位，如果将该位置 1，则 DPSM 执行特定于 SD I/O 卡的操作，这里写0就行。
• [11]：RWMOD，读取等待模式，写1，使用 SDIO_CK 进行读取等待控制。
• [9]：RWSTOP，读取等待停止。
• [8]：RWSTART，读取等待开始。如果将该位置 1，则读取等待操作开始。

好了，终于把SDIO的寄存器整理完了，现在开始来init这张金士顿家的SD卡。下面贴一张SD2.0协议图：

从上往下看：

• 首先是卡上电。
• 接着就是发送CMD0这个特殊的命令，对卡进行一个复位。
• 然后再发送CMD8命令，用于区分SD卡2.0，因为只有SD2.0支持CMD8命令的接收。
• 接下去就有俩个分支了，是否收到卡的回应？若是SD2.0卡，SDIO接口就能收到SD卡发来的回应。但无论如何，接着都还是要向卡发送ACMD41指令，来进一步确认卡的操作电压范围。并通过 HCS 位来告诉 SD 卡，主机是不是支持高容量卡SDHC。
• SD卡收到ACMD41指令之后，会返回OCR寄存器里面的内容，如果是 2.0 的卡，主机可以通过判断OCR 的 CCS 位来判断是 SDHC 还是 SDSC，如果是1.x 的卡，则返回的就是不确定值了，应该忽略该位。
• 若是SD2.0的卡，则最后再发送 CMD2 和 CMD3 命令，用于获得卡 CID 寄存器数据和卡相对地址（RCA）。
• 最后通过 CMD7 命令，选中我们要操作的 SD卡，即可开始对 SD 卡的读写操作了。

F4的SDIO的边界地址为：0x4001 2C00 - 0x4001 2FFF。