1. SDIO 3.01协议

Posted 2023-03-09

参考技术A 1. class0：不指定性能。

2. class2：大于或等于2 MB/秒的性能。

3. class4：大于或等于4 MB/秒的性能。

4. class6：大于或等于6 MB/秒的性能。

5. class10：大于或等于10 MB/秒的性能。

注意：

1. 高容量(High Capacity SD Memory Card)或者扩展容量(Extended Capacity SD Memory Card)SD记忆卡性能必须高于或者等于class2。

2. 速度性能中的MB是指的是1MB/s = 1000*1000Bytes/s。

命令是由主机发送给单个卡(寻址命令)或者所有连接的卡(广播命令)的，且命令是在CMD线上串行传输。

响应是从单个卡或者所有连接的卡发出的，是接收到某个命令的响应，命令也是在CMD线上串行传输。

响应有2种数据长度：48Bit、136Bit。

响应数据传输顺序：MSB先发送。

响应有4种编码格式：

数据可以从卡发出也可以从主机发出，数据是由数据线传输(Data0~8)。SD记忆卡的数据传输是基于块传输(block)的。块传输被分为了单块传输(Single Block)和连续块传输(Multiple Block)。多块传输的终止是由CMD线上发出的终止命令结束的。数据传输也可以配置数据传输线的数量。

3.1. 多块读数据：

3.2. 多块写数据：多块写数据的时候，每一次写数据后，卡会值data0线上返回一个CRC正确的响应作为Busy信号。

卡片寻址是通过一个会话地址(Card addressing is implemented using a session address)，该地址是在初始化阶段主机分配给卡的。

sd记忆卡有2种数据包格式：

1. 普通数据模式(8Bit宽度)：先发送字节最低有效位(LSB)，最后发最高有效位(MSB)位。

2. 宽数据模式(SD记忆卡寄存器)：这种模式先发送最高有效位(MSB)位。

SDIO总线

SDIO接口是在SD内存卡接口的基础上发展起来的接口。SDIO接口兼容曾经的SD内存卡。而且能够连接SDIO接口的设备。

SDIO1.0标准定义了两种类型的SDIO卡：

1.全速的SDIO卡。传输率能够超过100Mbps。

2.低速的SDIO卡，支援的时脉速率在0至400KHz之间。

      SDIO协议是由SD卡的协议演化升级而来的，非常多地方保留了SD卡的读写协议，同一时候SDIO协议又在SD卡协议之上加入了CMD52和CMD53命令。

因为这个。SDIO和SD卡规范间的一个重要差别是添加了低速标准，低速卡的目标应用是以最小的硬件开支来支持低速I/O能力。

低速卡支持类似调制解调器,条形码扫描仪和GPS接收器等应用。

快速卡支持网卡，电视卡以及组合卡等。

组合卡指的是存储器+SDIO，对组合卡来操作须要全速和4BIT的传输模式，这是SDIO1.0标准规定的。

一、SDIO总线：

       SDIO总线和USB总线类似，SDIO总线也有两端。当中一端是主机（HOST）端，还有一端是设备端（DEVICE）。採用HOST- DEVICE这种设计是为了简化DEVICE的设计，全部的通信都是由HOST端发出命令開始的。

在DEVICE端仅仅要能解析HOST的命令，就能够同HOST进行通信了，SDIO的HOST能够连接多个DEVICE。

SDIO的信号传输模式有SPI、1-bit、4-bit三种。在SPI模式中，第8脚位被当成中断信号。其他脚位的功能和通信协定与SD记忆卡的标准规范一样。在SDIO总线定义中,DAT1信号线复用为中断线。在SDIO的1BIT模式下DAT0用来数据传输，DAT1用作中断线。

在SDIO的4BIT模式下DAT0-DAT3用来数据传输，当中DAT1复用作中断线。

SDIO的每一个脚位在不同信号模式下的定义例如以下图：

图一 SDIO的每一个脚位在不同信号模式下的定义

Micro SD Card。原名Trans-flash Card（TF卡）。2004年正式更名为Micro SD Card，由SanDisk（闪迪）公司发明。SD卡的管脚定义和Micro SD（TF）卡的管脚定义是不一样的。

 

图二 SD卡和Micro SD（TF）卡的管脚定义             

引脚号	SD卡	TF卡（SD模式）	TF卡（SPI模式）
1	Data3	Data2	Rsv
2	Cmd	Data3	Cs
3	Vss	Cmd	Di
4	Vdd	Vdd	Vdd
5	Clk	Clk	Sclk
6	Vss	Vss	Vss
7	Data0	Data0	Do
8	Data1	Data1	Rsv
9	Data2	——	——

 

二、SDIO命令：

SDIO总线上都是HOST端发起请求，然后DEVICE端回应请求，当中请求和回应中会包括数据信息：

1. Command:用于開始传输的命令，是由HOST端发往DEVICE端的，当中命令是通过CMD信号线传送的；

2. Response:回应是DEVICE返回的HOST命令作为Command的回应。

也是通过CMD线传送的；

3. Data:数据是双向的传送的。能够设置为1线模式，也能够设置为4线模式。数据是通过DAT0-DAT3信号线传输的。

SDIO的每次操作都是由HOST在CMD线上发起一个CMD，对于有的CMD，DEVICE须要返回Response。有的则不须要。

 对于读命令，首先HOST会向DEVICE发送命令，紧接着DEVICE会返回一个握手信号。此时。当HOST收到回应的握手信号后，会将数据放在4位的数据线上。在传送数据的同一时候会尾随着CRC校验码。

当整个读传送完成后，HOST会再次发送一个命令，通知DEVICE操作完成。DEVICE同一时候会返回一个响应。

对于写命令，首先HOST会向DEVICE发送命令。紧接着DEVICE会返回一个握手信号，此时。当HOST收到回应的握手信号后，会将数据放在4位的数据线上。在传送数据的同一时候会尾随着CRC校验码。当整个写传送完成后。HOST会再次发送一个命令，通知DEVICE操作完成。DEVICE同一时候会返回一个响应。

三、SDIO内部的记忆体映射

SDIO记忆卡内部具有固定的记忆体映射，这包括暂存器空间或称为「一般资讯区域（common information area；CIA）」。以及特殊功能区域（function unique area）。CICIAA包括了与SDISDIOO记忆卡有关的资讯，以及一些必要的（mandatory）和可选择的（optional）暂存器。它们都位于固定的位址上。

藉此。SDIO的主机（譬如：可携式装置）可以得到SDIO记忆卡的有关资讯，并运行一般性的作业。特殊功能区域储存了很多种不同的功能，这是由供应商定义的，因此。不同厂牌的SDIO记忆卡可能会有不同的功能。附图二是具有很多种不同功能的SDIO记忆卡内部的固定记忆体映射空间。当中。RFU是「保留给未来使用（Reserved for Future Use）」的意思。

CIA所包括的暂存器能够开启或关闭I/O作业、处理硬件中断、加载韧体（这是选项）。这些暂存器也提供与SDISDIOO记忆卡功能相关的资讯和要求。CIA支援下列3种暂存器：

．一般控制暂存器（Card Common Control Register。CCCR）：能高速检查SDIO主机，并按照不同的SDIO记忆卡之功能控制它们的启动和中断能力。

即使在开机后，SDIO记忆卡的I/O功能尚未被启动，可是CCCR是能够被存取的，这使得SDIO主机于系统初始化后，能够马上启动SDIO记忆卡的I/O功能。

．基本功能暂存器（Function Basic Register；FBR）：每个I/O功能具有256 bytes的记忆体空间。这使得SDIO主机可以高速地判定每个I/O功能的能力和要求。并启动韧体下载功能。

这个空间位址是从0x00n00至0x00nFF，n是功能编号（从0x1至0x7）。

．记忆卡资讯结构（Card Information Structure；CIS）：CIS提供更完整的记忆卡功能的相关资讯。这是仿照PCMCIA标准所制定的规格。SDIO记忆卡的每个功能都各有一个CIS区域。以及一个共用的CIS区域。共用的CIS区域储存了全部功能的共同特性，每个功能的CIS区域则储存了该功能所具备的特性。CCCR和FBR各具有一个指标指向相相应的CIS位址。

 

图三 SDIO固定记忆体映射空间

此外，由于SDIO记忆卡的每个功能可能须要包括额外的记忆体空间。用来储存驱动程式或应用程式。并且，由于SDIO记忆卡可能必须支援不同的平台。所以每个驱动程式或应用程式可能会有很多种版本号。解决办法有两种：一种是使用SD的标准规范。来设计「组合卡」；还有一种是使用嵌入式的「程式码储存区域（Code Storage Area；CSA）」。

 

图四 SD的记忆体映射空间

SMC是「静态记忆体控制器（Static Memory Controller）」、BFC是「暴量传输的（burst）FLASH控制器（Burst Flash Controller）」。

四、SD/MMC/SDIO概念区分概要

SD（Secure Digital）与MMC（Multimedia Card）

SD是一种flash memory card的标准，也就是一般常见的SD记忆卡，而MMC则是较早的一种记忆卡标准。眼下已经被SD标准所代替。在维基百科上有相当具体的SD/MMC规格说明：[http://zh.wikipedia.org/wiki/Secure_Digital]。

SDIO（Secure Digital I/O）

SDIO是眼下我们比較关心的技术，SDIO故名思义，就是SD的I/O接口（interface）的意思，只是这样解释可能还有点抽像。更详细的说明，SD本来是记忆卡的标准，可是如今也能够把SD拿来插上一些外围接口使用，这种技术便是SDIO。

所以SDIO本身是一种相当单纯的技术。透过SD的I/O接脚来连接外部外围，并且透过SD上的I/O数据接位与这些外围数据传输，并且SD协会会员也推出非常完整的SDIO stack驱动程序。使得SDIO外围（我们称为SDIO卡）的开发与应用变得相当热门。

如今已经有许多的手机或是手持装置都支持SDIO的功能（SD标准原本就是针对mobile device而制定），并且很多SDIO外围也都被开发出来，让手机外接外围更加easy，并且开发上更有弹性（不须要内建外围）。眼下常见的SDIO外围（SDIO卡）有：

?Wi-Fi card（无线网络卡）

?CMOS sensor card（照相模块）

?GPS card

?GSM/GPRS modem card

?Bluetooth card

?Radio/TV card（非常好玩）

SDIO的应用将是未来嵌入式系统最重要的接口技术之中的一个，而且也会代替眼下GPIO式的SPI接口。

SD/SDIO的传输模式SD传输模式有下面3种：

?SPI mode（required）

?1-bit mode

?4-bit mode

SDIO相同也支持以上3种传输模式。

根据SD标准，全部的SD（记忆卡）与SDIO（外围）都必须支持SPI mode，因此SPI mode是「required」。此外，早期的MMC卡（使用SPI传输）也能接到SD插糟（SD slot），而且使用SPI mode或1-bit mode来读取。SD的MMC Mode

SD也能读取MMC内存，尽管MMC标准上提到。MMC内存不见得要支持SPI mode（可是一定要支持1-bit mode），可是市面上能看到的MMC卡事实上都有支持SPI mode。因此，我们能够把SD设定成SPI mode的传输方式来读取MMC记忆卡。

SD的MMC Mode就是用来读取MMC卡的一种传输模式。

只是，SD的MMC Mode尽管也是使用SPI mode。但其物理特性仍是有差异的：

?MMC的SPI mode最大传输速率为20Mbit/s。

?SD的SPI mode最大传输速率为25Mbit/s。

为避免混淆。有时也用SPI/MMC mode与SPI/SD mode的写法来做清楚差别。