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运用SD卡第一步，认识SDIO接口

做毕业设计需要用到大量的音频文件，一般的存储器满足不了存储要求，故选择SD卡作为存储器件。在这里记录一下自己的学习经历，学习一个新的IC，无非是要么根据时序图写出Read和Write函数，要么是根据通信总线和IC相关操作指令去完成Read和Write函数。只有能与对应IC“说话”，我们才能去开发它更多地可能性。这里以原子探索者为例，为大家介绍一下SD卡相关知识。

简要的介绍一下什么是SDIO接口

SDIO——>安全数字输入输出接口。它是在SD卡接口基础上发展而来。
SDIO 和 SD卡规范间的一个重要的区别是增加了低速标准，低速卡的目标应用是以最小硬件开支支持低速I/O能力，低速卡支持类似调制解调器，条码扫描仪和GPS接收器等应用。STM32的SDIO控制器支持多媒体卡（MMC卡）、SD存储卡、SD I/O卡和CE-ATA设备。

其特点我们直接上图：
在这里插入图片描述
我们可以看到SDIO接口具有向前兼容的特点，支持多种多个版本的存储卡。在高位总线模式下，也同样具有优秀的读取速度。

stm32内核自带了SDIO适配器，下面上框图（手册自带）：
在这里插入图片描述
根据框图我们可以看到SDIO适配器的时钟与PCLK2和SDIOCLK有关，SDIO适配器的控制与SDIO_CK和SDIO_CMD有关，其数据的传输又与SDIO_D[7：0]有关（最高可以配置8位数据总线宽度）。复位情况下，SDIO_D0用于数据传输，初始化后主机可以改变数据总线的宽度通过（ACMD6命令设置）。

SDIO与外围设备的命令与响应均是通过SDIO_CMD来完成的。这里我们可以调用SDIO_SendCommand（）这个库函数，用来通过SDIO总线的SDIO_CMD以SDIO_CK这样的频率，对外围设备如SD卡发送CMD命令，并且可以获取响应数据。

那么问题来了，这个SDIO_CK到底是怎么计算的呢？话不多说，我们接着上图：
在这里插入图片描述
通过上图我们可以得出，SDIO时钟计算公式:SDIO_CK时钟=SDIOCLK/[clkdiv+2];其中,SDIOCLK固定为48Mhz。那么我们只要配置clkdiv这个位，就能够完成对SDIO_CK的配置。clkdiv这个位在SDIO初始化函数里即可进行配置，下面上代码：

  SDIO_InitStructure.SDIO_ClockDiv = SDIO_INIT_CLK_DIV;	/* HCLK = 72MHz, SDIOCLK = 72MHz, SDIO_CK = HCLK/(178 + 2) = 400 KHz */
  SDIO_InitStructure.SDIO_ClockEdge = SDIO_ClockEdge_Rising;
  SDIO_InitStructure.SDIO_ClockBypass = SDIO_ClockBypass_Disable;  //不使用bypass模式，直接用HCLK进行分频得到SDIO_CK
  SDIO_InitStructure.SDIO_ClockPowerSave = SDIO_ClockPowerSave_Disable;	// 空闲时不关闭时钟电源
  SDIO_InitStructure.SDIO_BusWide = SDIO_BusWide_1b;	 				//1位数据线
  SDIO_InitStructure.SDIO_HardwareFlowControl = SDIO_HardwareFlowControl_Disable;//硬件流
  SDIO_Init(&SDIO_InitStructure);

这里SDIO_INIT_CLK_DIV = 0x76，计算一下就可以知道SDIO_CK的时钟为400KHz，数据宽度为1位。看到这里大家能可会问，这么慢的频率，这么短的数据传输位数，传输的效率能高吗？其实这里对SD卡的初始化只是为了激活SD卡，开启SDIO总线与SD卡之间的通信。真正的初始化需要一大串命令。

初始化完以后我们需要使能SDIO_CK这个时钟，SDIO->CLKCR|=1<<8; 这个寄存器我们后面再说。

SD卡与SDIO的接口

说完了SDIO接口，我们再说说这个接口需要操作的外围设备,SD卡。随便在网上买了个4GB的SD卡，大概长这个样子：

这种SD卡有9个接口，每个接口的定义如下：
在这里插入图片描述
一般的对于SD卡，我们的开发板上都有对应的卡槽，自己画板子的话也很好画，网上买个卡槽也很便宜，所以不要怕SD卡不好放置。

SDIO的命令与响应

SDIO的命令分为：应用相关命令（ACMD）和通用命令（CMD）两部分。发送ACMD时，需先发送CMD55。

需要注意的是，发送CMD命令只需要填充命令索引和参数即可，这两个数据相关的寄存器
SDICARG[31:0] —–>CMD[39:8] 命令的参数(根据命令所需的参数位格式设置)
SDICCON[7:0] —–> CMD[47:40] 包含Start Bit,Transmission Bit,Command Index.
关于寄存器的操作都被封装成了库函数，所以我们只需要调用SDIO_SendCommand（）这个库函数，即可完成发送CMD命令的要求，这个库函数还带一个参数是响应类型参数，根据长响应还是短响应到对应的寄存器去寻找返回的参数。

SDIO的所有命令和响应都是在SDIO_CMD引脚上面传输的，命令长度固定位48位，SDIO命令格式如下表所示：
在这里插入图片描述
其中除了命令索引和参数需要我们设置，其他都是由SDIO硬件自动控制。命令索引（如CMD0，CMD1之类）由SDIO_CMD寄存器设置，命令参数则由SDIO_ARG寄存器设置。
一般SD卡在接收到命令行以后都会有一个应答（CMD0例外），这个应答我们也称之为响应。

对于stm32的SDIO接口，支持2种响应类型：短响应（48位）和长响应（136位）。

在这里插入图片描述
SDIO块数据传输不论是短响应还是长响应，硬件都会自动滤除了起始位，传输位，CRC7以及结束位等信息，对于短响应，命令索引存放在SDIO_RESPCMD寄存器。参数则存放在SDIO_RESP1寄存器里面。对于长响应，则仅留CID/CSD位域，存放在SDIO_RESP1~SDIO_RESP4等4个寄存器里面。每个响应都有自己的响应格式（6种）。

到这里我们其实可以给SD卡的初始化和工作流程简要的总结一下了：
①、首先我们通过配置SDIO的初始化函数初始化SD卡，就是可以想象成把SD卡给唤醒。
②、唤醒完了以后，我们就可以通过SDIO总线，给SD卡发送命令。
③、SD卡收到命令后会反馈一个响应，我们可以通过响应的信息去获取SD卡的各项信息，以方便我们根据信息对于SD卡做出相应的初始化操作，比如设置数据总线宽度，设置SD卡工作频率等等。
④、无论发送命令或者接收响应，均是通过SDIO_CMD这一个位来完成的，在没有涉及发送或者接收数据的时候，SDIO_D数据线是不参与的。

这样一看SD卡的初始化其实就是一个端口的发送和接收，是不是感觉简单了很多呢？