[SDIO].SDIO总线详解

 

转自：https://blog.csdn.net/liuhan33025/article/details/51131848

SDIO接口是在SD内存卡接口的基础上发展起来的接口，SDIO接口兼容以前的SD内存卡，并且可以连接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，传输率可以超过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，很多地方保留了SD卡的读写协议，同时SDIO协议又在SD卡协议之上添加了CMD52和CMD53命令。由于这个，SDIO和SD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准，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。高速卡支持网卡，电视卡以及组合卡等。组合卡指的是存储器+SDIO，对组合卡来操作需要全速和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，其中一端是主机（HOST）端，另一端是设备端（DEVICE），采用HOST- DEVICE这样的设计是为了简化DEVICE的设计，所有的通信都是由HOST端发出命令开始的。在DEVICE端只要能解析HOST的命令，就可以同HOST进行通信了，SDIO的HOST可以连接多个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。其它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用来传输数据，DAT1用作中断线。在SDIO的4BIT模式下DAT0-DAT3用来传输数据，其中DAT1复用作中断线。

SDIO的每个脚位在不同信号模式下的定义如下图：

 

图一 SDIO的每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卡模式)	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，其中请求和回应中会包含数据信息：

1. Command:用于开始传输的命令，是由HOST端发往DEVICE端的，其中命令是通过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。可以设置为1线模式，也可以设置为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需要返回Response，有的则不需要。

• 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，在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个读传送完毕后，HOST会再次发送一个命令，通知DEVICE操作完毕，DEVICE同时会返回一个响应。
• 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，在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个写传送完毕后，HOST会再次发送一个命令，通知DEVICE操作完毕，DEVICE同时会返回一个响应。
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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，这包含暂存器空间或称为「一般资讯区域（common information area；CIA）」，以及特殊功能区域（function unique area）。CICIAA包含了与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）能够得到SDIO记忆卡的有关资讯，并执行一般性的作业。特殊功能区域储存了许多种不同的功能，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。附图二是具有许多种不同功能的SDIO记忆卡内部的固定记忆体映射空间。其中，RFU是「保留给未来使用（Reserved for Future Use）」的意思。CIA所包含的暂存器可以开启或关闭I/O作业、处理硬件中断、载入韧体（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）：能快速检查SDIO主机，并依照不同的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，但是CCCR是可以被存取的，这使得SDIO主机于系统初始化后，可以立即启动SDIO记忆卡的I/O功能。
• 基本功能暂存器（Function Basic Register；FBR）：每一个I/O功能具有256 bytes的记忆体空间，这使得SDIO主机能够快速地判定每一个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记忆卡的每一个功能都各有一个CIS区域，以及一个共用的CIS区域；共用的CIS区域储存了所有功能的共同特性，每一个功能的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对应的CIS位址。

 

图三 SDIO固定记忆体映射空间

此外，由于SDIO记忆卡的每一个功能可能需要包含额外的记忆体空间，用来储存驱动程式或应用程式。而且，因为SDIO记忆卡可能必须支援不同的平台，所以每一个驱动程式或应用程式可能会有许多种版本。解决的方法有两种：一种是使用SD的标准规范，来设计「组合卡」；另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，目前已经被SD标准所取代。在维基百科上有相当详细的SD/MMC规格说明：[http://zh.wikipedia.org/wiki/Secure_Digital]。

• SDIO（Secure Digital I/O）

SDIO是目前我们比较关心的技术，SDIO故名思义，就是SD的I/O接口（interface）的意思，不过这样解释可能还有点抽像。更具体的说明，SD本来是记忆卡的标准，但是现在也可以把SD拿来插上一些外围接口使用，这样的技术便是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传输数据，而且SD协会会员也推出很完整的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。

现在已经有非常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），而且许多SDIO外围也都被开发出来，让手机外接外围更加容易，并且开发上更有弹性（不需要内建外围）。目前常见的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（很好玩）

SDIO的应用将是未来嵌入式系统最重要的接口技术之一，并且也会取代目前GPIO式的SPI接口。SD/SDIO的传输模式SD传输模式有以下3种：

• SPI mode（required）
• 1-bit mode
• 4-bit mode

SDIO同样也支持以上3种传输模式。依据SD标准，所有的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），并且使用SPI mode或1-bit mode来读取。SD的MMC Mode

SD也能读取MMC内存，虽然MMC标准上提到，MMC内存不见得要支持SPI mode（但是一定要支持1-bit mode），但是市面上能看到的MMC卡其实都有支持SPI mode。因此，我们可以把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。不过，SD的MMC Mode虽然也是使用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的写法来做清楚区别。