SDIO的设备分类：

SD / IO卡：这不是一种卡，现在已经不常用了，用到时再查。
SD存储卡：分局容量不同有三种名字① <= 2GB 的叫SDSC；② >2GB <= 32GB的叫SDHC卡；>32GB < 2TB 的叫SDXC卡。
单片机是32位的，支持的最大容量就是32GB，所以超大容量不支持。

认识内存卡

小卡和大卡没什么区别，大卡在左侧有一个锁，剥下来之后是禁止写入（好像没什么用），看图可知32GB的存储卡写了SDHC，而64GB的写了HDXC。上边的小圆圈 “10” 是存储卡的读写速度。

1、SD卡的物理结构

SD卡是 nand flash 存储器具有容量较大，必须以块为单位进行读写，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储。
一张SD卡包括存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制单元、接口驱动器组成。

存储单元是存储数据部件，存储单元通过存储单元接口和卡控制单元进行数据传输
电源检测单元保证SD卡工作在合适的电压下，如果出现掉电等异常状态，它会使他连接的卡接口控制单元和存储单元接口复位
卡及接口控制单元控制SD卡的运行状态，它包括有8个寄存器
接口驱动器控制SD卡引脚的输入输出

SD卡有8个寄存器，这些寄存器只能通过命令来访问，有点像SPI操作flash的样子.SDIO 一共定义了64个命令，每个命令都有特殊意义，可以实现某一特定功能，SD卡接收到命令后，根据命令要求对SD卡内部寄存器进行修改。在程序控制中只需要发送组合命令就可以实现SD卡的控制以及读写操作。

SD的寄存器列表：

CID卡的识别号，每一张卡都有自己的号码，不能重复。
RCA：相对地址，把地址提交给stm32，系统核准之后就可以只用了。也是为了方便，CID是128位的，给一张卡分配一个相对地址，识别速度可以快一些
CSR：卡状态，stm32把数据传给SD卡之后，SD卡需要操作，写入或者擦出等等，看看SD卡时候忙碌。
SSR：SD卡专有的特征信息，里边有每一个块有多大，有几分块，等等。
中间那几个寄存器没有用到，详细资料去看SD卡的官方手册

2、SDIO总线

SDIO与SD卡使用9根线通讯，3根电源线，1根时钟线，1根命令线、4根数据线。

SCL：时钟线，由SDIO主机产生。由此可见SDIO是同步通讯协议
CMD：命令线。SDIO就是通过命令线给SD卡发送命令，操作SD卡的寄存器。如果命令要求SD卡提供应答，SD卡也是通过这根线传输应答信息。
D0-3：数据线（0~3一共4根数据线）。用于传输读写数据，SD卡可将D0线拉低，表示忙
VDD、VSS1、VSS2：电源和地信号。

3、SDIO的通讯逻辑

SDIO在通讯时，SDIO不管是从主机传网SD卡还是从SD卡传网主机，都是以SCL线的上升沿为有效。
SD卡在操作过程中会有两种不同频率的时钟同步数据，一个是识别卡阶段，，时钟频率为FOD，最高400KHZ，另一个是数据传输模式下的时钟频率FPP，默认最高25MHZ，但是如果配置相关寄存器使SDIO工作在高速模式，传输速度最高可达50MHZ。

命令的响应交互：

SDIO总线通讯是基于命令和数据传输的，通讯由一个起始位0，由一个停止位1结束，一般是主机发送一个命令，从设备接收到命令之后做出响应，如果需要会有数据的传输参与

CMD命令线，如果发送的命令不需要主机返回，那么发完命令之后无响应。又比如我读取ID号，发完命令，大多数 SD卡的应答信号会通过SDIO返回给主机，当然也有特殊情况，后边详细说明。

SD卡的写入：
SD卡是以块的形式传输，SDHC卡一个数据块的长度一般是512KB，数据可以从主机到卡，也可以从卡到主机。
数据传输的时候呢还有CRC校验位来确定数据传输的准确性。以起始位0开始，然后是各种各样的数据，然后校验位，最后以结束为1结束，传输过程中全都是通过D0~D3这四根线传输的。
这个图是这么理解的：主机发送一个命令，收到SD的响应之后，主机就把这个数据块写入到SD卡里，通过把D0线拉低，表示SD卡处于忙碌状态，正在写入，写完之后这个忙碌标志就去掉了，然后就可以接着写入另一块数据了。传输完之后主机会发送一个停止命令。命令这块后面会详细说明。

SD卡的读取：
SD的数据传输支持单块和多块的读写操作，多块写入的时候需要使用停止命令来停止整个写入操作，数据写入之前需要检测SD卡的忙碌状态，每写入一块都需要等待SD卡的忙碌状态。读操作与写类似，只是没有检测忙的标志，因为数据直接传输出去了，不需要擦除，不需要等待很长时间，基本上接收到读命令SD卡就直接出数据了，没有忙碌的标志，就不用去检测。

使用四根线传输，每次可以传输4个位，没跟数据线都有起始位、数据位、校验位、终止位。
SD卡数据包有两种格式，一种是常规格式（8bit宽），它先发低字节，再发高字节。而每个字节是先发先发高位再发低位，如图所示

另一种叫做宽位数据包格式，宽位数据包是针对SD卡的SSR（SD状态）寄存器内容发送的，SSR寄存器总共有512位。主机在发送出ACMD13命令后，SD卡会将SSR寄存器的内容通过DAT线发送给主机，这就比较特殊，上边说主机通过CMD线发送的命令，如果需要SD卡做出响应，SD卡一般也会通过CMD线返回去，这就不是了，在读取SSR内容的时候，这512个字节是通过数据线返回给主机的。发送的命令至于ACMD13是啥？后面再说

4、SDIO命令

SD命令由主机发出，有广播命令和寻址命令两种，广播命令是针对于SD主机总线相连的所有设备发出的，我们知道SDIO总线支持多张卡，只是stm32限制了只能插一张卡，寻址命令就只指定某个设备进行命令传输

1、命令格式

SD命令格式固定为48位，都是通过CMD线传输的，数据线不参与命令的传输

起始位和终止位：命令的开始标志和结束标志，起始位为0，结束位为1
传输标志：用于区分传输方向，该位为1表示命令是从主机发往SD卡。 0表示响应命令，从SD卡到主机
命令的主体内容：包括命令、地址信息/参数和CRC校验三个部分
命令号：它固定占6位，所以总用就有64中命令（CMD0~CMD63），每个命令都有特定的用途，部分命令不适用SD卡操作，专门用于MMC或者SDI/O卡
地址/参数：表示地址信息或者参数信息，一共占32位，比如广播命令，他是没有地址而言的，所以对于广播命令来说这32位都来表示参数信息。寻址命令这32位一般就用来表示地址了。

2、命令类型

SD命令有四种类型：

无响应的广播命令（bc）：命令发送到所有卡，不返回任何响应
有响应的广播命令（bcr）：命令发送到所有卡，接收来自所有卡的响应
寻址命令（ac）：命令发送到指定的卡，DAT线无数据传输
寻址数据传输命令（adtc）：命令发送到选定卡，DAT有数据传输
在标准命令CMD0~CMD63之外，还定义了特定应用命令（ACMD）和常规命令（GEN_CMD）。当需要执行这些命令的时候，需要先发送一个CMD55 接着在发送一个ACMD命令，目的就是为了做一个区分。因为ACMD的编号和CMD的编号是重复的，以CMD55为标志，后面才会执行特定命令

5、SD卡的操作模式以及切换

SD卡有两种操作模式：卡识别模式，数据传输模式。顾名思义卡识别模式就是识别卡的种类，卡的标准容量等等。
在每种操作模式下，SD卡都有几种状态，通过命令控制实现卡状态的切换

1、卡识别模式的框图

卡在上电之后就进入空闲状态，或者通过命令CMD0进入空闲状态（复位），如果是V2.0版本的卡，在空闲状态要先发送一个CMD8，返回这个卡的电压状态。接着发送ACMD41带参数的给他一些电压值，要求返回这张卡的一些信息和OCR寄存器的值，如果返回信息不支持这个电压，那就在传给他另一个电压，继续询问是否支持，如果一直不行，那这张卡只能处于空闲状态了（也有可能使卡处于无效状态，如图所示）。通过上边的几个命令就可得到这张卡支持的电压，卡的版本信息，SDHC还是别的卡，等信息。如果一切正常，接着输入命令CMD2，进入识别状态，卡会返回它的CID号，接着CMD3，要求返回卡的相对地址，完事之后就进入待机模式了，到这这张卡就识别完了，之后就可以进行数据的传输

2、数据传输模式

从卡的识别模式到数据传输模式，通过CMD3，使卡处于待机状态，如果处于了待机状态，卡就可以开始传输数据了，通过发送CMD7（就是先选中这张卡，CMD带有参数，相对地址，选择是那张卡进入传输状态），进入传输状态，传输状态是数据发送状态和数据接收状态的前置状态。意思就是说在真正的数据传输开始，必须先进入这个传输状态。进入传输状态之后如果在发送一个相同的CMD7，带的参数也相同，那么就从传输状态返回到了待机状态，取消选中这张卡。进入发送状态之后，通过CMD6,17……读取一个或几个数据块，进入发送数据状态，注意这个发送数据是针对SD的，所以是主机从SD卡读出数据，读完数据时候有两条分支，一个是CMD7进入待机状态，另一个是使用CMD12命令，强制卡停止传输，传输完成，返回传输状态。如果数据要从主机发往SD卡就走下边的分路，通过CMD16、32……设置CD卡块的长度，因为SD的读写操作都是按照块进行的，不同容量的卡块大小不同，所以在发送数据之前，必须先设置块大小，仍然处于传输状态，然后通过命令CMD24、25……进入写状态，写入一个块或者多个块，数据暂时存放在卡及控制单元（这有缓存），以CMD12结束，传输完成之后进入编程模式（真正的数据写入状态，数据写完之后直接退出到传输状态），在从缓存把数据传输到SD卡的存储单元。在传输状态还有另一条分路CMD28、29……数据擦除，擦除指定的块，完成之后同样进入传输状态。另外在编程状态，也可以通过CMD7取消选中这张卡，就会处于断开连接状态，回到待机状态。
只有SD卡处于数据传输模式时，才能进行数据的读写操作（上边已经说得很清楚了），在数据传输模式下可以将SD卡的时钟频率（SCL）设置为FPP，默认最高为25MHZ，可以通过CMD4命令实现

CMD12可以终止数据通信，让卡回到传输状态
CMD0、15会终止任何数据编程操作，直接返回到卡的识别模式，如果SD卡正在写入数据，会导致卡的数据被损坏

6、stm32中的SDIO功能框图

stm32有一个SDIO，由两部分组成SDIO适配器和AHB总线接口，SDIO适配器提供了SDIO主机功能，可以提供SD的时钟、发送命令、数据传输。
SDIO使用两个时钟信号一个是SDIO适配器时钟：SDIOCLK = HCLK = 72M，另一个是AHB总线时钟的二分频366MHZ，SDIO适配器是针对MMC卡和SD卡，SD卡只用4根数据线足够。

SDIO适配器：

SDIO适配器是SD卡系统的主机部分，它是STM32控制器和SD卡数据通信的中间设备。SDIO设备由5个单元组成，分别是控制单元、命令通道、数据通道、适配器寄存器、FIFO。

控制单元：HCLK的时钟分频
命令通道：专门控制命令的，或者接收响应
数据通道：专门控制数据的
适配器寄存器：通过配置寄存器来控制命令通道、控制单元、数据通道、数据接收到哪里？就是这个FIFO
FIFO：大小是32个字，存放接收的数据

发送以及接收命令的过程：
适配器寄存器存放CMD的命令号，参数就是要发送的命令的参数。会把这些命令通过移位寄存器一位一位的发送出去，在发送过程中可以对命令进行控制：状态标志、控制逻辑、命令定时器，可以检测是否传输完成，传输是够正确
CDM在接收命令时，同样通过移位寄存器将返回的响应存储到响应寄存器中，而且是带有CMD号的，通过AHB接口可以读响应寄存器

CPSM命令状态机，在发送CMD命令之后，不会马上发送，我们可以使能这个状态机，他有一个超时处理

发送以及接收数据的过程：

数据路径部件负责与SD卡相互数据传输，SDIO适配器和数据路径状态机（DPSM）来描述SDIO适配器状态变化，也加入了等待超时检测的功能。

数据FIFO：是一个队列，先进先出，数据缓冲器，大小为32个字
SDIO状态寄存器SDIO_STA，有指示正在发送或者正在接收的标志

DPSM数据状态机：会帮我们配置好

SDIO命令寄存器：o~5位是命令索引（CMD号），作为命令的一部分发送出去

SDIO参数寄存器：发送命令是携带的参数就是写到这个寄存器

7、stm32SDIO结构体讲解

标准库建立了三个初始化结构体，

SDIO初始化结构体 SDIO_InitTypeDef，主要来配置用几根数据线，时钟的分频是多少……
SDIO命令初始化结构体 SDIO_CmdInitTypeDef，主要是设置命令、命令号、命令参数、响应类型
SDIO数据初始化结构体 SDIO_DataInitTypeDef，用来配置发送和接收数据，比如数据长度、传输模式、传输超时

SDIO_InitTypeDef ：

ClockEdge：选择时钟沿，根据SDIO的标准协议，一般就选择上升沿有效
ClockBypass：如果使能了旁路时钟，那么SDIOCLK的72M时钟就直接驱动了CLK的时钟，太高不能用，SDIO在卡识别模式和数据传输模式要求的时钟频率不同，在卡识别模式不能高于400KHZ，在数据传输模式不能超过25MHZ，需要我们用ClockDIV分频因子自己去配置。
ClockPowerSave：在节能模式下，CLK时钟线只有在总线激活的情况下才输出时钟，如果禁用节能模式，CLK时钟会一直输出，配置SDIO_CLKCR寄存器
BusWide：数据宽度，可以选择数据线的条数。
HardwareFlowControl：硬件控制流，使能或禁用，他可以避免FIFO发生溢出错误，上溢或者下溢。

SDIO_CmdInitTypeDef：

Argument：作为命令的一部分发送到卡的命令参数，就是发送命令的时候带的一些参数
CmdIndex：命令号，就是命令号了，CMD号、ACMD号。先发送CMD55在发送CMD就是ACMD命令了
Response：命令响应类型，短响应和长响应，SDIO定义了4个32位的响应寄存器，SDIO_RESP1~4。短响应只用到第一个。
Wait：有三种选择：①无等待状态，如果使能了命令状态机会有超时检测功能②等待中断③等待传输完成。由SDIO_CMD寄存器配置
CPSM：命令状态机，命令路径状态控制

SDIO_DataInitTypeDef：

DataTimeOut：数据传输超时
DataLength：设置数据长度
DataBlockSize：设置块大小，是根据实际存储卡的块大小进行配置
TransferDir：数据传输方向，是写还是读。
TransferMode：数据传输模式，数据块模式开始流模式。如果是SD卡只能用块模式。流模式时mmc卡，只适用于多媒体卡。
DPSM：数据路径状态机，一般会配成使能，方便处理超时检测

补充

SD卡的命令格式，SD卡支持有R1、R2、R3、R6、R7这五种响应命令，R4和R5是SDIO卡的命令格式，SD卡不支持。

R1、R3、R6、R7
这三个应答固定为48位，其中命令号占6位，真正响应的内容只占32位

真正响应的内容占32位

R1：为CSR（卡状态寄存器）的内容，主要记录了SD卡对命令的执行情况
R3：为OCR（操作条件寄存器）的内容，记录了SD卡支持的工作电压、卡是否忙、容量类型
R6：RCA（相对地址寄存器） + CSR（仅15位）的内容
R7：返回SD卡是否支持主机接口的电压范围
R2：为长响应，R2的实际内容为127位。问题：CID和CSD大小为128位，为什么R2的响应只留127位，因为这俩寄存器的有效内容只有127位

命令

基础命令
CMD0：命令号


CMD0	bc	[31:0] stuff bits	空	进入空闲状态

类型：bc 无响应‘无数据的广播命令’
作用：广播告诉所有的卡，让其进入空闲状态，空闲状态就是啥也不干的状态，上电之后会默认进入空闲状态，当SD卡处于空间状态时才能进行后续的操作，不论SD卡处于什么状态，发送CMD0总能让其进入空闲状态
命令真正的32位内容，没有用上，所以全部填充0
响应：没有响应

CMD2


CMD2	bcr	[31:0] stuff bits	R2	让所有的SD卡返回CID

类型：bcr ，有响应、无数据的广播命令
作用：广播所有的CD卡将CID发送给主机
命令真正的32位的内容，没有用上，全部填充0
响应：R2响应的内容为CID寄存器中的CID号，在卡识别阶段，就是通过这个命令来获取SD卡的CID号，完成CD卡的识别

CMD3


CMD3	bcr	[31:0] stuff bits	R6	发送相对地址

类型：bcr，有响应、无数据的广播命令
作用：广播让所有的SD卡将自己的RCA寄存器的相对地址发送给主机
命令：真正的32位内容内有用，全部填充为0
响应：R6响应的内容为RCA寄存器中的相对地址，这个命令也是卡识别阶段非常重要的命令，主机需要通过这个命令来得到SD卡的相对地址

CMD4


CMD4	bc	[31:16] DSR的内容 [15:0]stuff bits	空	设置DSR的内容

类型：bc，无响应、无数据广播命令
作用：向所有SD卡广播，设置DSR寄存器的值
命令：32位，高16位有效，因为DSR只有16位，低16位填充0
响应：无

CMD7


CMD7	ac	[31:16] RCA的内容 [15:0]stuff bits	R1	选择/取消某张卡

类型：ac，无数据的寻址命令
作用：通过发送相对地址来，取消，选择某个SD卡
命令真正的32位内容，高16位位相对地址，第16位填充0
响应：无

CMD8


CMD8	ac	[31:12]保留[11:8]supply voitage[7:0]check pattem	R7	发送接口环境

类型：bcr，
作用：向所有的SD卡广播主机的接口环境，这个接口环境主要是主机SDIO接口所支持的电压范围，并询问SD卡是否在这个电压范围之内
真正的命令32位。[ 31:12 ]：保留，填充0，[ 11:8 ]：设置主机支持的电压范围，设置的值不同，代表不同的电压，可设置如下格式：
[ 7:0 ]：设置测试模式值，可以是任意的8位，用于CRC校验，手册推荐值：0XAA
CMD8的命令格式如下：
响应：如果SD卡支持主机的接口电压范围，SD卡返回R7响应，响应内容就是将SSR的内容返回给主机，同时SD卡也会将主机发给SD卡的电压范围值和测试模式值返回给主机。如果SD卡不支持接口电压范围，SD卡将不响应

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