sd卡数据传输协议.pdf

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1、一概述 1.SD 总线模式下 CLK:时钟信号 CMD:双向命令和响应信号 DAT0-3:双向数据信号 VDD,VSS:电源和地信号 SD模式下允许有一个主机,多个从机(即多个卡),主机可以给从机分别地址.主机发 命令有些命令是发送给指定的从机,有些命令可以以广播形式发送.SD模式下可以选择总线宽度,即选用几根DAT信号线,可以在主机初始化后设置.2.SD 总线协议 SD模式下的命令和数据流都有一个开始位和结束位.命令:是在CMD上传输的用于启动一个操作的比特流.由主机发往从机,可以是点对点也可以是广播的.响应:是在CMD 上传输的用于之前命令回答的比特流.由从机发往主机.数据:是在DAT上传

2、输的比特流,双向传输.无响应模式 无数据模式 多块读操作模式 多块写操作模式 命令格式 响应格式 数据格式 SD卡上电后会自动初始化,通过给卡发送CMD0 也可以复位卡.二.SD 卡命令描述.1.广播命令:给所有卡都发送,某些命令需要响应.2.点对点命令 给指定地址的卡发送,需要响应.SD卡系统有两种工作模式:1.卡识别模式.主机上电复位后即处于此模式,它会在总线上等待卡.卡复位后也处于此模式,直到SEND_RCA(CMD3)命令到来.2.数据传输模式.卡收到 SEND_RCA(CMD3)命令后即进入此模式.主机识别到卡后也进入此模式.卡状态和工作模式对照表 1.卡识别模式.此模式下主机复位总

3、线所有的卡,验证工作电压,询问卡的地址.这个模式下所有数据的传输都是只通过CMD 线来完成.1)卡的复位.当卡上电或收到GO_IDLE_STATE(CMD0)命令后,卡即进入Idle State状态.此时卡将其 RCA设为 0,相关寄存器设为传输稳定的最优模式.2)工作电压验证 每个卡的最高和最低工作电压存储在OCR.只有当电压比配时,CID和 CSD的数据才能正常传输给主机.SD_SEND_OP_COND(ACMD41)命令用来判断卡的工作电压是否符合,如果不符合的话,卡应该放弃总线操作,进入Inactive State状态.在发送SD_SEND_OP_COND(ACMD41)命令前记得要首

4、先发送APP_CMD(CMD55).卡的状态变换图.ACMD41 命令响应中的BUSY 位也用于卡表示其还没准备好,主机此时应重发ACMD41 命令,直到卡准备好.主机在这个阶段的ACMD41中不允许改变工作电压,如果确实想改变的话,应该先发送CMD0,然后再发送改变后的ACMD41.GO_INACTIVE_STATE(CMD15)命令用于使指定地址的卡进入Inactive State模式.3)卡识别过程.ALL_SEND_CID(CMD2)命令用于获取卡的CID 信息,如果卡处于Ready State,它就会在CMD线上传送它的CID 信息,然后进入Identification State模

5、式.紧接着发送CMD3(SEND_RELATIVE_ADDR)命令,用于设置卡新的地址.卡收到新的地址后进入Stand-by State模式.2.数据传输模式.数据传输模式下卡的状态转变图 进入数据传输模式后,主机先不停的发送SEND_CSD(CMD9)命令获取卡的CSD信息.SET_DSR(CMD4)用于设置卡的DSR寄存器,包括数据总线宽度,总线上卡的数目,总线频率,当设置成功后,卡的工作频率也随之改变.此步操作是可选的.CMD7命令用于使指定地址的卡进入传输模式,任何指定时刻只能有一个卡处于传输模式.传输模式下所有的数据传输都是点对点的,并且所有有地址的命令都需要有响应.所有读命令都可以

6、由CMD12 命令停止,之后卡进入Transfer State.读命令包括单块读(CMD17),多块读(CMD18),发送写保护(CMD30),发送scr(ACMD51)和读模式一般命令(CMD56).所有写命令都可以由CMD12命令停止.写命令包括单块读(CMD24),多块读(CMD25),写 CID(CMD26),写CSD(CMD27),锁和解锁命令(CMD42)和写模式一般命令(CMD56).当写命令传输完成后,卡进入Programming State(传输成功)或Transfer State(传输失败).如果一个卡写操作被停止,但其前面数据的CRC 和块长度正确,数据还是会被写入.卡要

7、提供写缓冲,如果写缓冲已满并且卡处于Programming State,DAT0保持低 BUSY.写CID,CSD,写保护,擦除命令没有缓冲,当这些命令没完时,不应发送其他的数据传输命令.参数设置命令在卡被编程时是不允许发送的,这些命令包括设置块长度(CMD16),擦除块起始(CMD32)和擦除块结束(CMD33).当卡正编程时读命令是禁止的.用 CMD7 使另一个卡进入Transfer State 不会终止当前卡的编程和擦除,当前卡会进入Disconnect State并且释放DAT线.Disconnect State模式的卡可通过CMD7 重新被选中,此时卡进入Programming St

8、ate并且使能busy 信号.CMD0 或 CMD15会终止卡的编程操作,造成数据混乱,此操作应禁止.1)总线宽度选择命令 ACMD6 命令用于选择总线宽度,此命令只有在Transfer State有效.应在CMD7 命令后使用.2)块读命令 块是数据传输的最小单位,在CSD(READ_BL_LEN)中定义,SD卡为固定的512B.每个块传输的后面都跟着一个CRC校验.CMD17(READ_SINGLE_BLOCK)用于传输单个块,传输完之后,卡进入Transfer State.CMD18(READ_MULTIPLE_BLOCK)用于多个块的传输,直到收到一个CMD12 命令.3)块写命令 与

9、块读命令类似,每个块传输的后面都跟着一个CRC校验.卡写数据时会进行CRC校验.多块写比重复的单块写更能提高效率.如果 CSD 中的 WRITE_BLK_MISALIGN 没设置,并且发送的数据不是块对齐的,卡会设置状态寄存器中的ADDRESS_ERROR位,并且进入 Receive-data-State状态等待停止命令.此时写操作也会停止,并且卡会设置其的WP_VIOLATION 位.如果写缓冲满的话,卡会停止接受WRITE_BLOCK 命令.此时主机应发送SEND_STATUS(CMD13)命令,卡返回数据的READY_FOR_DATA位标志卡是否准备好接受新的数据.在多块写操作中通过事先

10、发送ACMD23 命令可提高写速度.ACMD23 用于定义接下来要写数据的块的数目.每次多块写操作后,这个值又被设为默认的1.ACMD22 会使卡返回写成功的块数目.4)擦除命令 擦除命令的顺序是:ERASE_WR_BLK_START(CMD32),ERASE_WR_BLK_END(CMD33)and ERASE(CMD38).如果(CMD38或(CMD32,33)接收到出错信息,卡会设置状态寄存器中的ERASE_SEQ_ERROR 位并且重新等待新的命令时序.如果接收到时序错误命令,卡会设置其ERASE_RESET 位并且重新等待新的命令时序.5)写保护管理 三种机制:-.写保护物理开关-.

11、卡内部写保护 通 过 设 置CSD 中 的WP_GRP_ENABLE 位 和WP_GRP_SIZE位,SET_WRITE_PROT 和CLR_WRITE_PROT命令用来设置和清除保护机制.-.密码保护.三.时钟控制 如果主机要发送1K的数据,但是主机缓冲区只有512B,那么主机可以在发送完前512B后,可以先停止时钟,然后把后512B 填充入缓冲区,再启动时钟,这样卡并不会检测要两次发送之间的间隔,认为其是一次完整的数据发送过程.四 CRC校验 1.CRC7 CRC7用于所有的命令,除R3以外的响应,以及CID 和 CSD寄存器.2.CRC16 CRC16用于数据块的校验 五.错误类型.1.

12、CRC 错误和命令非法错误 命令的 CRC 校验出错,卡设置其状态寄存器的COM_CRC_ERROR位.非法命令错误,卡设置其状态寄存器的ILLEGAL_COMMAND位.非法命令包括:不支持的命令,未定义的命令以及当前状态不支持的命令.2.读,写和擦除超时.卡应该在指定的时间内完成一个命令或返回移动的错误信息.如果在指定的超时时间内主机收不到响应,应认为卡停止工作,应重新复位卡.六 命令 1.命令类型:-bc不需要响应的广播命令.-bcr需要响应的广播命令.每个卡都会独立的接收命令和发送响应.-ac点对点命令,DAT线上没数据-adtc点对点命令,DAT线上有数据 所有命令均遵守上图中的格式

13、,总共48 位.首先是1 个起始位0,接着是1 个方向位(主机发送位 1),6个命令位(0-63),32位参数(有些命令需要),CRC7位校验,1个停止位.2.卡命令根据不同的类型分成了不同的Class,见下表,其中Class0,2,4,5,8是每个卡都必须支持的命令,不同的卡所支持的命令保存在CSD中.3.命令详细描述 1)基本命令Class0 2)读命令 Class2 3)写命令 Class4 3)擦除命令Class5 4)应用特定命令Class8 下表中的所有命令使用前都应先跟一个APP_CMD(CMD55)命令 七.卡状态转换表 八.应答.所有的应答都是通过CMD 发送,不同的应答长度

14、可能不同.总共有四种类型的应答.1.R1:长度位48 位.注意每个块传输完成后有一个BUSY位.2.R1b:与 R1类似,只是将BUSY位加入响应中.3.R2(CID CSD 寄存器):长度为136 位,CID为 CMD2 和 CMD10 的应答,CSD 为 CMD9 的应答.4.R3(OCR寄存器):长度位48 位.作为 ACMD41 的应答.5.R6(RCA 地址应答):长度为48 位 九.卡的状态 SD卡支持两种状态:-卡状态:与 MMC 卡兼容.-SD 卡状态:扩充到了512 位.1.卡状态:R1应答包含一个32 位的卡状态.见下表.其中 Type 中的含义为:E:错误位.S:状态位.

15、R:根据命令在响应中设置.X:根据在命令执行期间设置,必须再次读此位才能获得命令执行后的情况.Clear Condition:A:与卡的当前状态有关 B:总是与命令有关,无效的命令会清除此位.C:通过读此位来清除 下表指明了哪些命令可能使哪些位产生变化 2.SD 卡状态:这些位通过DAT线传输,并伴有CRC16校验.其是作为ACMD13 的应答.十.卡存储器形式.-块:块是基本读写命令的单位,它可以是固定的或可变的.关于块的大小以及其是否可变性存储在 CSD中.-扇区:扇区是擦除命令的单位,它是固定的值,保存在CSD中.十一.时序图 时序图中字母含义:1.命令和应答 1)卡识别和卡工作电压确认

16、模式:CMD2,ACMD41 2)地址分配模式:CMD3 3)数据传输模式:4)命令结束-下一个命令:5)两个命令直接 2.数据读.1)单块读:CMD17 2)多块读:读过程时序.停止命令时序 3.数据写 1)单块写:注意 Busy 信号.2)多块写:多块写命令时序 停止命令时序 卡主动停止时的时序 4.时序值 十二.寄存器.SD卡有六个寄存器OCR,CID,CSD,RCA,DSR and SCR.其中前四个保存卡的特定信息,后两个用来对卡进行配置.1.OCR寄存器:保存有卡支持的工作电压,支持的话相应的位置1,否则为 0.2.CID:保存有卡的身份信息.3.CSD保存有如何访问卡的信息.TA

17、AC定义了数据访问的异步时间部分.NSAC为数据访问最坏需要的异步时间.TRAN_SPEED 定义了单条DAT线上的最快速度:CCC:SD卡支持的命令集 READ_BL_LEN:最大读块长度.WRITE_BL_LEN等于 READ_BL_LEN DSR_IMP:DSR寄存器是否允许配置,1为允许,0 为不允许.FILE_FORMAT:SD卡上的文件格式.4.RCA保存有卡的地址信息.5.DSR用于配置卡,默认值为0 x404 6.SCR寄存器也保存有卡的特定信息.SD_BUS_WIDTHS指明卡支持的传输类型.第二部分 S3C2410 SD 卡控制器 一 SDI 操作 1.CPU寄存器设置过程

18、.1)正确设置SDICON 寄存器.2)正确设置SDIPRE寄存器.3)等待 74 个时钟信号初始卡.2.CMD命令发送过程.1)向 SDICARG 寄存器中写入发送的参数.2)确定命令类型并且通过设置SDICCON8 来启动命令.3)确定命令是否发送完成.没应答的话看SDICSTA11,有应答的话看SDICSTA9.4)清除 SDICSTA中的相应位.3.数据传输过程.1)向 SDITIMER中写入超时值.2)向 SDIBSIZE中写入块大小的值.3)设置块模式,总线宽度等,通过SDIDCON 启动传输.4)通过 SDIFSTA检查 TxFIFO 是否可用,再通过SDIDAT写入发送数据.5

19、)通过 SDIFSTA检查 RxFIFO是否可用,再通过SDIDAT读入接收数据.6)通过检查SDIDSTA4确定传输过程已完成.7)清除 SDIDSTA中的相应位.4.SDIO 有两种工作模式,中断和读等待模式.二.SDI寄存器.1.SDICON:SDI 控制寄存器 字节序类型:Type A:D7:0 D15:8 D23:16 D31:24 Type B:D31:24 D23:16 D15:8 D7:0 2.SDIPRE:波特率预分频寄存器.3.SDICARG:SDI 命令参数寄存器 4.SDICCON:SDI 命令控制寄存器.5.SDICSTA:SDI 命令状态寄存器.6.SDIRSP0-SDIRSP3:命令响应寄存器 7.SDIDTIMER:SDI 超时寄存器.8.SDIBSIZE:SDI块大小寄存器.9.SDIDCON:SDI 数据控制寄存器 10.SDIDCNT:SDI 数据维持寄存器.11.SDIDSTA:SDI 数据状态寄存器 12.SDIFSTA:SDI FIFO状态寄存器 13.SDIDAT:SDI数据寄存器