20.1 概述

SD卡是嵌入式系統中最常見的存儲器，不僅容量可以做的很大，并且接口通用，支持SPI/SDIO驅動，尺寸可供選擇，能滿足不同應用的要求。STM32F1系列自帶了標準的4位SDIO接口，最高通信速度可達24MHz，最高每秒能傳輸12M字節的數據。

20.1.1 SDIO框圖

STM32F1的SDIO控制器包括2部分，SDIO適配器模塊和AHB總線接口，功能框圖如下圖所示。

其中SDIO適配器模塊主要用于實現所有MMC/SD卡的相關功能，如時鐘的產生，命令和數據的傳輸，AHB總線接口則用于操作SDIO適配器模塊中的寄存器并產生中斷和DMA請求信號。復位后默認情況下SDIO_D0用于數據傳輸。初始化后主機可以改變數據總線的寬度。

如果一個多媒體卡接到了總線上，則SDIO_D0、SDIO_D[3:0]或SDIO_D[7:0]可以用于數據傳輸。MMC版本V3.31和之前版本的協議只支持1位數據線，所以只能用SDIO_D0（為了通用性考慮，在程序里面我們只要檢測到是MMC卡就設置為1位總線數據）。

如果一個SD卡接到了總線上，可以通過主機配置數據傳輸使用SDIO_D0或SDIO_D[3:0]。所有的數據線都工作在推挽模式。

SDIO_CMD有兩種操作模式：

（1）用于初始化時的開路模式（僅用于MMC版本V3.31或之前版本）

（2）用于命令傳輸的推挽模式（SD卡和MMCV4.2在初始化時也使用推挽驅動）

20.1.2 SDIO時鐘

從SDIO框圖我們可以看到SDIO總共有3個時鐘，分別是：

（1）卡時鐘SDIO_CK：每個時鐘周期在命令和數據線上傳輸1位命令或數據。對于多媒體卡V3.31協議，時鐘頻率可以在0MHz至20MHz間變化；對于多媒體卡V4.0/4.2協議，時鐘頻率可以在0MHz至48MHz間變化；對于SD卡，時鐘頻率可以在0MHz至25MHz間變化。

（2）SDIO適配器時鐘SDIOCLK：該時鐘用于驅動SDIO適配器，其頻率等于AHB總線頻率HCLK，并用于產生SDIO_CK時鐘

（3）AHB總線接口時鐘HCLK/2：該時鐘用于驅動SDIO的AHB總線接口，其頻率為HCLK/2。

我們的SD卡時鐘SDIO_CK，根據卡的不同，可能有好幾個區間，這就涉及到時鐘頻率的設置，SDIO_CK與SDIOCLK的關系為：

SDIO_CK=SDIOCLK/(2+CLKDIV)

其中，SDIOCLK為HCLK，一般是72MHz，而CLKDIV則是分配系數，可以通過SDIO的SDIO_CLKCR寄存器進行設置，確保SDIO_CK不超過卡的最大操作頻率。

注：在SD卡剛剛初始化的時候，其時鐘頻率SDIO_CK不能超過400KHz，否則可能無法完成初始化。在初始化以后，就可以設置時鐘頻率到最大了，但不可超過SD卡的最大操作時鐘頻率。

20.1.3 SDIO的命令與響應

SDIO的命令分為應用相關命令ACMD和通用命令CMD兩部分，應用相關命令ACMD的發送，必須先發送通用命令CMD55，然后才能發送應用相關命令ACMD。SDIO的所有命令和響應都是通過SDIO_CMD引腳傳輸的，任何命令的長度都是固定為48位，SDIO的命令格式如下表所示。

所有的命令都是由STM32F1發出，其中開始位、傳輸位、CRC7和結束位由SDIO硬件控制，我們需要設置的就只有命令索引和參數部分。其中命令索引在SDIO_CMD寄存器里面設置，命令參數則由寄存器SDIO_ARG設置。一般情況下，選中的SD卡在接收到命令之后，都會回復一個應答（但是CMD0無應答），這個應答我們稱之為響應，響應也是在CMD線上串行傳輸的。STM32F1的SDIO控制器支持2種響應類型，48位的短響應和136位的長響應，這兩種響應類型都帶CRC錯誤檢測，不帶CRC的響應應該忽略CRC錯誤標志，如CMD1的響應。

短響應的格式如下表所示。

長響應的格式如下表所示。

硬件為我們濾除了開始位、傳輸位、CRC7以及結束位等信息，對于短響應，命令索引存放在SDIO_RESPCMD寄存器，參數則存放在SDIO_RESP1寄存器里面。對于長響應，則僅留CID/CSD位域，存放在SDIO_RESP1到SDIO_RESP4等4個寄存器。SD卡總共有5類響應（R1、R2、R3、R6、R7），這里以R1為例簡單介紹一下。R1（普通響應命令）響應屬于短響應，其長度為48位，R1響應的格式如下表所示。

在收到R1響應后，我們可以從SDIO_RESPCMD寄存器和SDIO_RESP1寄存器分別讀出命令索引和卡狀態信息。

20.1.4 數據塊讀操作

對于SD卡，數據是以數據塊的形式傳輸的，我們常用的卡就是SD卡，所以不考慮MMC形式的讀寫操作，因為MMC卡數據以數據塊或者數據流的形式傳輸。

從機在收到主機相關命令后，開始發送數據塊給主機，所有數據塊都帶有CRC校驗值，CRC由SDIO硬件自動處理，單個數據塊讀的時候，在收到1個數據塊以后即可以停止了，不需要發送停止命令CMD12。但是多塊數據讀的時候，SD卡將一直發送數據給主機，直到接到主機發送的STOP命令CMD12。

SDIO多數據塊的讀操作如下圖所示。

20.1.5 數據塊寫操作

數據塊寫操作同數據塊讀操作基本類似，只是數據塊寫的時候，多了一個忙判斷，新的數據塊必須在SD卡非忙的時候發送。這里的忙信號由SD卡拉低SDIO_D0，以表示忙，SDIO硬件自動控制，不需要我們軟件處理。

20.2 SDIO相關寄存器

20.2.1 SDIO電源控制寄存器：SDIO_POWER

Bit 1~Bit 0：電源控制位

00：電源關閉，卡的時鐘停止

01：保留

10：保留的上電狀態

11：上電狀態，卡的時鐘開啟

20.2.2 SDIO時鐘控制寄存器：SDIO_CLKCR

Bit 14：硬件流控制使能

0：關閉硬件流控制

1：使能硬件流控制

Bit 13：SDIO_CK相位選擇位

0：在主時鐘SDIOCLK的上升沿產生SDIO_CK

1：在主時鐘SDIOCLK的下降沿產生SDIO_CK

Bit 12~Bit 11：寬總線模式使能位

00：默認總線模式，使用SDIO_D0

01：4位總線模式，使用SDIO_D[3:0]

10：8位總線模式，使用SDIO_D[7:0]

Bit 10：旁路時鐘分頻器

0：關閉旁路：驅動SDIO_CK輸出信號之前，依據CLKDIV數值對SDIOCLK分頻

1：使能旁路：SDIOCLK直接驅動SDIO_CK輸出信號

Bit 9：省電配置位（為了省電，當總線為空閑時，設置PWRSAV位可以關閉SDIO_CK時鐘輸出）

0：始終輸出SDIO_CK

1：僅在有總線活動時才輸出SDIO_CK

Bit 8：時鐘使能位

0：SDIO_CK關閉

1：SDIO_CK使能

Bit 7~Bit 0：時鐘分頻系數

這個域定義了輸入時鐘(SDIOCLK)與輸出時鐘(SDIO_CK)間的分頻系數：SDIO_CK頻率=SDIOCLK/[CLKDIV+2]

20.2.3 SDIO參數寄存器：SDIO_ARG

Bit 31~Bit 0：命令參數

屬于發送到卡中命令的一部分，如果一個命令包含一個參數，必須在寫命令到命令寄存器之前加載這個寄存器

20.2.4 SDIO命令響應寄存器：SDIO_RESPCMD

Bit 5~Bit 0：響應的命令索引

只讀位，包含最后收到的命令響應中的命令索引

20.2.5 SDIO相應寄存器組：SDIO_RESP1~SDIO_RESP4

注：總是先收到卡狀態的最高位，SDIO_RESP3寄存器的最低位始終為0。