结合2012.10版本的u-boot分析SD卡驱动(笔记)

来源：互联网发布：淘宝网男士休闲鞋编辑：程序博客网时间：2024/06/16 15:37

xxx_mmc_init流程：

|power up sd_card|给卡上电
        |
       \|/
|reset controller/fifo/dma|执行控制器复位/fifo复位
        |
       \|/
|清除所有状态寄存器|实际是复位硬件的状态机
        |
       \|/
|屏蔽中断寄存器| 比如设置中断掩码及使能寄存器
        |
       \|/
|FIFO相关设置|
       |
       \|/
   |禁止时钟|

注意：这个init函数可能被重复调用，比如需要重新初始化SD控制器时，比如altera的preloader初始化一次后，u-boot中也会再次初始化一次，共两次。
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Q：为什么使用内部DMA之后，传输速度可以提升？
A：因为在u-boot中CPU访问SD控制器寄存器和数据内存没有开cache，性能不高，但是dma完全不受MMU管控，直接和内存打交道
   并可以配置DMA burst，获取比cpu更高的访问内存性能.

   一般DMA对源和目标地址有要求，比如32位地址对齐之类的。u-boot中用宏ALLOC_CACHE_ALIGN_BUFFER定义这样的buffer。

Q: sd 卡识别模式最大频率是多少？
A: 最大设置为400k，因为某些卡识别模式时，有工作频率限制。

命令类型：
I）广播命令
II）寻址命令

数据格式：
I)数据包格式--常规数据先发送低地址的字节，然后发送高地址的字节；字节内部先放高位(bit7 bit6...bit1 bit0)，再发低位。
II)宽幅数据---SD寄存器先发最高位，依次发送到最低位。比如bit

class 0 :初始化，识别命令

CMD0       复位SD卡
CMD1        用来识别MMC卡的命令，用在CMD8命令之后，CMD8命令探测到卡既不是SD2.0又不是SD1.X，则用CMD1探测是否为MMC卡
ACMD41:
                   I)读取OCR寄存器(cmdarg 中电压窗口的值为0);
                   II)执行卡的初始化序列(窗口电压非零)，同时在R3响应中也包含OCR寄存器，所以实际代码中直接使用这个功能

CMD9       读取CSD寄存器
CMD2        读取CID寄存器
CMD12     停止读多块数据是的数据传输
CMD13     读card_status寄存器

class 2: 读卡操作命令

CMD16    设置块的长度
CMD17    读单个块
CMD18     读多个块，直到主机发送CMD12为止

class 4: 写卡操作命令

CMD24     写单块
CMD25     写多块
CMD27    写CSD寄存器

class 5: 擦除命令

CMD32    设定擦除块的起始地址
CMD33    设定擦除块的结束地址
CMD38    擦除选择的块

class 6: 写保护操作

CMD28    设置写保护块地址（标准容量卡支持，SDHC不支持）
CMD29    清除写保护块地址（标准容量卡支持，SDHC不支持）
CMD30   写保护

ACMD51 读取SCR寄存器，即卡配置寄存器

CMD6 在SD1.10以上是必须支持的命令，该命令用于切换或扩展内存卡功能的。比如支持高速卡的功能，在group1 fucntion 1 SDR25即50MHz
             CMD6是带数据读命令，需要传输的数据有512bit，16个字节。MODE 0(Check Function), MODE 1(Set Function)
              CMD6是宽幅数据格式(512)，先发送的是bit511....bit0;用8个32位的整数数组接收这样的数据时要注意了。
               u32 switch_status[16];
                                32bit                                                                                                                                       32bit
      bit487~bit480 bit495~bit488 bit503~bit496 bit511~bit504        ......                bit7~bit0 bit15~bit8 bit23~bit16 bit31~bit24
                           switch_status[0]                                                            ......                                                switch_status[16]
      每个32位内存单元存储低地址放的高位数据(大端格式)，这是由SD协议决定的；所以需要转成cpu格式的，在u-boot中调用字节调换宏。即大端转小端格式。
      而CMD2和CMD9读CID和CSD寄存器时，是从response中得到数据的，而且response是从SD控制器的响应的寄存器中得到的，实际上已经被控制器调整完顺序了。

-------SD2.0-----
SDR12        --- 25MHZ 12.5MB/s
SDR25        --- 50MHz   25MB/s
-------SD3.0-----
SDR50        --- 100MHz 50MB/s
SDR104       --- 208MHz 104MB/s
DDR50        --- 50MHz   50MB/s

MMC卡
标准 26MHz
高速 52MHz

SDSC(<=2GB),SDHC(2GB-32GB), SDXC(32GB-2TB) CMD17，CMD18 对应的cmdarg是32位块地址，所以4G(块地址)x512 = 2TB max

SPI模式下的CRC校验是忽略的，但是CRC码也是要发送的，可以初始化为0x0或0xff

命令格式：48位
0 1 content CRC7 1
start bit transmission bit cmd + cmd_arg 7bit stop bit

响应格式：48位或136位

48位：
0 0 content CRC7 1
start bit transmission bit stop bit

136位：
0 0 CID or CSD CRC7 1

start bit transmisssion bit 7bit stop bit

SD响应类型：
         谁的响应                                          长度                       CRC7
R1                                                              48                          有
R1b                                                            48                          有
R2   CID,CSD                                              136                        有
R3   OCR(ACMD41的响应)                         48                         无----------特例
R6   RCA                                                      48                         有
R7   CMD8的响应                                      48                         有

1、CSD寄存器的版本？作用？
CMD9访问；首先读取CSD的版本号(bit127-bit126)；有v1.0和V2.0两个版本；从CSD寄存器可以获取卡的读写块大小(一般512)，容量大小，频率。

2、OCR寄存器作用？
ACMD41访问；可以获取SD卡的工作电压；以及容量信息(CCS--Card Capacity Status)

3、SCR寄存器的作用？
ACMD6访问；可以用来切换总线宽度，1bit或4bit；返回的数据（SCR寄存器内容）是大端格式的。

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SD识别过程：

调用具体sd controller的初始化函数
             |
            \|/
         CMD0复位SD CARD
             |
            \|/
         CMD8(send_if_cond查询卡电压范围)发送版本查询命令（resp = 0x01表示SD2.0；resp = 0x05表示SD1.0），ACMD41之前必须发此命令。
             |
           \ |/
         ACMD41(初始化SD卡，同时获取ocr寄存器(R7))
             |
            \|/
     CMD2(读取CID信息) (identify mode)
             |
             |
     CMD3(SD卡则读取RCA寄存器，取RCA寄存器高16位作为RCA地址
             |
            \|/
   成功的话则进入(standby mode)
           |
            \|/
      CMD9(读CSD信息)
             |
            \|/
          CMD13(读CARD_STATUS)，确认一下卡的状态
          |
           \|/
          CMD7(转卡进入transfer mode)
             |
            \|/
      ACMD51(读取SCR寄存器，是否支持4bit)
            |
            \|/
      CMD6查询是否支持高速模式
          |
          \|/
      如果支持高速，CMD6设置高速模式
            |
          \|/
     可以发送其他读写和擦除命令了，比如读取MBR块的数据，分析SD的分区表信息
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Sending CMD0              ---复位SD 卡
Sending CMD8       ---查询卡状态
Sending CMD55       ---应用命令
Sending CMD41             ---
Sending CMD55
Sending CMD41
Sending CMD55
Sending CMD41
Sending CMD2       --- CID 读卡的厂商信息
Sending CMD3       --- 设置RCA 给sd卡分配一个地址
Sending CMD9       --- CSD
Sending CMD13       --- 读卡状态
Sending CMD7
Sending CMD55
Sending CMD51
Sending CMD6
Sending CMD6
Sending CMD55
Sending CMD6
freq=50000000
Sending CMD16
Sending CMD17
Sending CMD16
Sending CMD18
Sending CMD12

上面命令的具体分析：

------------------识别模式------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
freq=400000
Sending CMD0,cmdarg=0x0         ---复位SD 卡；卡处于默认相对卡地址，一个默认时钟400KHz；（IDLE模式）
                                                            *********** 没有response
Sending CMD8,cmdarg=0x1aa    ---查询卡状态，SD 2.0新增命令，可以判断是否为sd 2.0；同时检查SD卡工作电压范围是否在2.7-3.6V之间(bit8 = 1)，是的话，返回R7响应
response[0] =0x1aa                        *********** R7 (aa是check pattern，协议建议值)

Sending CMD55,cmdarg=0x0        ---应用命令
response[0] =0x120                        *********** R1
Sending CMD41,cmdarg=0x40300000     ---这里u-boot直接设定驱动中的电压，这里启动初始化序列，而不是读取OCR寄存器操作(cmdarg : OCR_HCS = 1(bit30), bit20,bit21 == 3.2~3.3V, 3.3V~3.4V)
response[0] =0xff8000                   ***********响应表示卡忙bit31(busy) == 0 OCR寄存器的值包含在R3中，即响应中(R3)

Sending CMD55,cmdarg=0x0
response[0] =0x120
Sending CMD41,cmdarg=0x40300000
response[0] =0xc0ff8000 ***********响应表示卡不忙bit31(busy) == 1; (大容量卡 > 2GB), (标准卡 <= 2GB) (R3)

Sending CMD2,cmdarg=0x0         --- 读CID(读卡的厂商信息)，不需要arg参数，是针对所有挂载SD总线上的SD卡的；CMD10用于读取特定RCA地址的卡CID信息；（Identify Mode）
response[3 2 1 0]=0xf500d297    0x2198033    0x43617264   0x824a544e
注意U-boot中           bit31~bit0      bit63~bit32     bit95~bit64     bit127~bit96
                                                            *********** response[0]存放的bit127~bit96，因为SD卡协议规定响应是从高位开始传输的，
                                                                               所以接收到应该从高32开始，但是奇怪的是32位数据不是大端格式的，而是小端格式的 (R2)
                                                                                应该是SD控制器的response寄存器已经调整了每个32位数据的大小端格式的

Sending CMD3,cmdarg=0x0         --- 设置RCA 给sd卡分配一个地址(16位地址)；这里成功后，卡进入数据传输模式
response[0] =0x59b40520           ***********   SD卡通常可以从RCA寄存器中读到，而MMC卡一定要我们自己设定，u-boot中设定为1(R6)

------------------------进入standby mode-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sending CMD9,cmdarg=0x59b40000     --- 读CSD
response[3 2 1 0]=0xa4000c1 0x75cd7f80 0x5b590000 0x400e0032
                                  bit31~bit0   bit63~bit32 bit95~bit64   bit127~bit96
                                                           *********** 容量((0x75cd + 1)<<(8+2))*512 = 16GB (R2)
Sending CMD13,cmdarg=0x59b40000     --- 读卡状态，响应格式请参考卡SD卡规范的4.10.1；这里主要检查卡是否处于准备接受数据(MMC_STATUS_RDY_FOR_DATA(bit8))，以及确定当前的状态不是program状态(bit9-bit12)
response[0] =0x700                        *********** R1

Sending CMD7,cmdarg=0x59b40000 --- 选中RCA = 0x59b4的SD卡，把它的状态置为传输模式（transfer mode），任何时刻只能有一个卡处在传输模式（这个命令很重要），否则卡standby mode
response[0] =0x700 *********** R1

-------------------数据传输模式(从这里开始，必须使用RCA地址访问SD卡了)------------------------------------------------------------------------------------------------

Sending CMD55,cmdarg=0x59b40000     --- 卡寻址（点对点寻址）
response[0] =0x920
Sending CMD51,cmdarg=0x0        --- ACMD51，SCR寄存器；这里采用的是数据传输（大端格式）；是从dat线上返回的数据；而respone是在cmd线上传输的
response[0] =0x920                         *********** R1

Sending CMD6,cmdarg=0xfffff1 --- CMD6 check function，总共有6个组(group 1~6, 4 bits per group)，每个组16个功能；这里也是采用数据传输的方式（大端格式）
response[0] =0x900

Sending CMD6,cmdarg=0x80fffff1 --- CMD6 set function设置功能；这里设置group1, function 1(SDR25即50MHz)
response[0] =0x900 *********** R1

Sending CMD55,cmdarg=0x59b40000     --- CMD55
response[0] =0x920                         *********** R1
Sending CMD6,cmdarg=0x2         --- ACMD6，用于切换数据线宽度的，默认是bus_width = 1; 可以使用它切到bus_width = 4;cmdarg[10]=00(1bit),10(4bit);

且数据宽度的顺序是：I)应该先用ACMD6且SD卡的数据宽度；II)然后把SD控制器这边对应的控制寄存器位改成4bit
response[0] =0x920 *********** R1
freq=50000000

Sending CMD16,cmdarg=0x200 --- 设定块长度，这里设定块长为512字节;（这里是init_part函数调用使用的命令，读取MBR数据）
response[0] =0x900

Sending CMD17,cmdarg=0x0 --- 单个块读命令，cmdarg指定从第0块（32位块地址）读；注意标准容量和大容量卡对cmdarg地址解析不同；

大容量卡以块为单位，而标准容量卡以字节为单位
response[0] =0x900

Sending CMD16,cmdarg=0x200 --- 设置块长度
response[0] =0x900

Sending CMD18,cmdarg=0x1 --- 多块读命令,cmdarg是指定读块地址（32位），这里从第1块
response[0] =0x900

Sending CMD12,cmdarg=0x0 --- CMD12 多块读停止命令
response[0] =0xb00
================================================================================================================
SD卡信息：

SONY 16G CLASS 10:

SOCFPGA_CYCLONE5 # mmcinfo
Device: ALTERA DWMMC
Manufacturer ID: 82
OEM: 4a54
Name: NCard
Tran Speed: 50000000
Rd Block Len: 512
SD version 2.0
High Capacity: Yes
Capacity: 14.7 GiB
Bus Width: 4-bit

Kingston 4GB class 4:

SOCFPGA_CYCLONE5 # mmcinfo
Device: ALTERA DWMMC
Manufacturer ID: 41
OEM: 3432
Name: SD4GB
Tran Speed: 50000000
Rd Block Len: 512
SD version 2.0
High Capacity: Yes
Capacity: 3.7 GiB
Bus Width: 4-bit

=================================================================================================================

列出文件系统里的文件：
SOCFPGA_CYCLONE5 # fatls mmc 0:1
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x0
response[0] =0x900
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x0
response[0] =0x900
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x20d800
response[0] =0x900
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x20d800
response[0] =0x900
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD18,cmdarg=0x20d851
response[0] =0x900
Sending CMD12,cmdarg=0x0
response[0] =0xb00
2694296   uimage
     7999   socfpga.dtb
11075584   jffs2.img

3 file(s), 0 dir(s)
===========================================================================================

读取文件至内存：
SOCFPGA_CYCLONE5 # fatload mmc 0:1 0x4000000 socfpga.dtb
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x0
response[0] =0x900
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x0
response[0] =0x900
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x20d800
response[0] =0x900
reading socfpga.dtb
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x20d800
response[0] =0x900
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD18,cmdarg=0x20d851
response[0] =0x900
Sending CMD12,cmdarg=0x0
response[0] =0xb00
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD18,cmdarg=0x20d801
response[0] =0x900
Sending CMD12,cmdarg=0x0
response[0] =0xb00
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD18,cmdarg=0x20ed05
response[0] =0x900
Sending CMD12,cmdarg=0x0
response[0] =0xb00
Sending CMD16,cmdarg=0x200
response[0] =0x900
Sending CMD17,cmdarg=0x20ed14
response[0] =0x900
7999 bytes read in 110 ms
(70.3 KiB/s)

7999 bytes read

0 0