一.SD/MMC卡介紹

1.1.什么是MMC卡

MMC：MMC就是MultiMediaCard的縮寫，即多媒體卡。它是一種非易失性存儲(chǔ)器件，體積小巧(24mm*32mm*1.4mm)，容量大,耗電量低,傳輸速度快，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。

1.2.什么是SD卡

SD：SD卡為Secure Digital Memory Card, 即安全數(shù)碼卡。它在MMC的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，增加了兩個(gè)主要特色：SD卡強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的安全安全，可以設(shè)定所儲(chǔ)存的

使用權(quán)限，防止數(shù)據(jù)被他人復(fù)制;另外一個(gè)特色就是傳輸速度比2.11版的MMC卡快。在數(shù)據(jù)傳輸和物理規(guī)范上，SD卡(24mm*32mm*2.1mm,比MMC卡更厚一點(diǎn))，向前兼容了MMC卡.所有支持SD卡的設(shè)備也支持MMC卡。SD卡和2.11版的MMC卡完全兼容。

1.3.什么是SDIO

SDIO：SDIO是在SD標(biāo)準(zhǔn)上定義了一種外設(shè)接口，它和SD卡規(guī)范間的一個(gè)重要區(qū)別是增加了低速標(biāo)準(zhǔn)。在SDIO卡只需要SPI和1位SD傳輸模式。低速卡的目標(biāo)應(yīng)用是以最小的硬件開銷支持低速IO能力。

1.4.什么是MCI

MCI：MCI是Multimedia Card Interface的簡(jiǎn)稱，即多媒體卡接口。上述的MMC,SD,SDI卡定義的接口都屬于MCI接口。MCI這個(gè)術(shù)語在驅(qū)動(dòng)程序中經(jīng)常使用，很多文件，函數(shù)名字都包括”mci”.

1.5.MMC/SD/SDIO卡的區(qū)別

二.SD/MMC協(xié)議與命令

1.SD/MMC卡相關(guān)寄存器

SD卡內(nèi)部有7個(gè)寄存器.其中OCR,CID,CSD和SCR寄存器保存卡的配置信息;RCA寄存器保存著通信過程中卡當(dāng)前暫時(shí)分配的地址(只適合SD模式);卡狀態(tài)(Card Status)和SD狀態(tài)(SD Status)寄存器保存著卡的狀態(tài)(例如,是否寫成功,通信的CRC校驗(yàn)是否正確等),這兩個(gè)寄存器的內(nèi)容與通信模式(SD模式或SPI模式)相關(guān).MMC卡沒有SCR和SD Status寄存器.如下表1所示:

表1? SD卡內(nèi)部7個(gè)寄存器

1.1.OCR寄存器

OCR寄存器保存著SD/MMC卡的供電電允許范圍.如下表2所示:如果OCR寄存器的某位為1，表示卡支持該位對(duì)應(yīng)的電壓。最后一位表示卡上電后的狀態(tài)(是否處于”忙狀態(tài)”)，如果該位為0，表示忙，如果為1，表示處于空閑狀態(tài)(MMC/SD協(xié)議P60)。

表2 OCR寄存器

1.2.CID寄存器

CID為一個(gè)16個(gè)字節(jié)的寄存器，該寄存器包含一個(gè)獨(dú)特的卡標(biāo)識(shí)號(hào)。如下表3所示：

表3 CID寄存器

1.3.CSD寄存器

CSD寄存器(卡特殊數(shù)據(jù)寄存器)包含訪問卡存儲(chǔ)時(shí)需要的相關(guān)信息。如下表4所示：

表4 CSD寄存器

1.4.SCR寄存器

SCR寄存器提供SD卡的特殊特性信息，其大小為64位。該寄存器由廠商編程，主機(jī)不能對(duì)它進(jìn)行編程。MMC卡沒有SCR。如下表5所示：

表 5 SCR寄存器

1.5. RCA寄存器

該16位卡地址寄存器保存了在卡識(shí)別過程中卡發(fā)布的器件地址。該地址用于在卡識(shí)別后主機(jī)利用該地址與卡進(jìn)行通信。該寄存器只有在SD總線模式下才有效。

二. SD卡的引腳圖

三.SD卡的命令

3.1.SD卡的命令格式：

SD卡的指令由6字節(jié)(Byte)組成，如下：Byte1：0 1 x x x x x x(命令號(hào)，由指令標(biāo)志定義CMD39為100111即16進(jìn)制0x27，那么完整的CMD39第一字節(jié)為01100111，即0x27+0x40)。Byte2-5:Command Arguments,命令參數(shù)，有些命令沒有參數(shù)。

Byte6:前7位為CRC(Cyclic Redundacy Check，循環(huán)冗余校驗(yàn))校驗(yàn)位，最后一位為停止位0。

3.2. SD卡的命令

SD卡命令共分為12類，分別為class0到Class11.

3.2.1. Class0 :(卡的識(shí)別、初始化等基本命令集)

CMD0:復(fù)位SD 卡。

CMD1:讀OCR寄存器。

CMD9:讀CSD寄存器。

CMD10:讀CID寄存器。

CMD12:停止讀多塊時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。

CMD13:讀 Card_Status 寄存器。

3.2.2.Class2 (讀卡命令集):

CMD16:設(shè)置塊的長(zhǎng)度。

CMD17:讀單塊。

CMD18:讀多塊,直至主機(jī)發(fā)送CMD12為止 。

3.2.3.Class4(寫卡命令集) :

CMD24:寫單塊。

CMD25:寫多塊。

CMD27:寫CSD寄存器 。

3.2.4.Class5 (擦除卡命令集):

CMD32:設(shè)置擦除塊的起始地址。

CMD33:設(shè)置擦除塊的終止地址。

CMD38: 擦除所選擇的塊。

3.2.5.Class6(寫保護(hù)命令集):

CMD28:設(shè)置寫保護(hù)塊的地址。

CMD29:擦除寫保護(hù)塊的地址。

CMD30: Ask the card for the status of the write protection bits

class7：卡的鎖定，解鎖功能命令集。

class8：申請(qǐng)?zhí)囟罴?。

class10 －11 ：保留。

3.3.SD卡的工作流程

首先看下脫離操作系統(tǒng)如何在ARM處理器上實(shí)現(xiàn)SD卡的讀寫。過程可以分為3個(gè)大的步驟：初始化sd卡、寫sd卡、讀sd卡。

3.3.1.工作條件檢測(cè)

卡在識(shí)別模式下的命令流程如圖3.1所示(英文版見標(biāo)準(zhǔn)SD卡協(xié)議P24)

圖3.1 卡在識(shí)別模式下的命令流程

1)在主機(jī)和SD卡進(jìn)行任何通信之前，主機(jī)不知道SD卡支持的工作電壓范圍，卡也不知道是否支持主機(jī)當(dāng)前提供的電壓。因此主機(jī)首先使用默認(rèn)的電壓發(fā)送一條reset指令(CMD0)。

2)為了驗(yàn)證SD卡的接口操作狀態(tài)，主機(jī)發(fā)送SEND_IF_COND(CMD8),用于取得SD卡支持工作的電壓范圍數(shù)據(jù)。SD卡通過檢測(cè)CMD8的參數(shù)部分來檢查主機(jī)使用的工作電壓，主機(jī)通過分析回傳的CMD8參數(shù)部分來校驗(yàn)SD卡是否可以在所給電壓下工作，如果SD卡可以在指定電壓下工作，則它回送CMD8的命令響應(yīng)字 。如果不支持所給電壓，則SD卡不會(huì)給出任何響應(yīng)信息，并繼續(xù)處于IDLE狀態(tài)。

3)在發(fā)送ACMD41命令初始化高容量的SD卡前，需要強(qiáng)制發(fā)送CMD8命令。強(qiáng)制低電壓主機(jī)在發(fā)送CMD8前發(fā)送ACMD41，萬一雙重電壓SD卡沒有收到CMD8命令且工作在高電壓狀態(tài)，在這種情況下，低電壓主機(jī)不能不發(fā)送CMD8命令給卡，則收到ACMD41后進(jìn)

入無活動(dòng)狀態(tài)。

4)SD_SEND_OP_COND(ACMD)命令是為SD卡主機(jī)識(shí)別卡或者電壓不匹配時(shí)拒絕卡的機(jī)制設(shè)計(jì)的。主機(jī)發(fā)送命令操作數(shù)代表要求的電壓窗口大小。如果SD卡在所給的范圍內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，將放棄下一步的總線操作而進(jìn)入無活動(dòng)。操作狀態(tài)寄存器也將被定義。

5)在主機(jī)發(fā)出復(fù)位命令(CMD0)后，主機(jī)將先發(fā)送CMD8再發(fā)送ACMD41命令重新初始化SD卡。

3.3.2.卡的初始化和識(shí)別處理

當(dāng)總線被激合后，主機(jī)就開始卡的初始化和識(shí)別3處理。初始化處理設(shè)置它的操作狀態(tài)和是設(shè)置OCR中的HCS比特命令SD_SEND_OP_COND(ACMD41)開始。HCS比特位被設(shè)置為1表示主機(jī)支持高容量SD卡。HCS被設(shè)置為0表示主機(jī)不支持高容量SD卡。

卡的初始化和識(shí)別流程見圖3.2

圖 3.2卡的初始化和識(shí)別流程

3.3.3.數(shù)據(jù)傳輸模式

卡在識(shí)別模式結(jié)束后，主機(jī)時(shí)鐘fpp(數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘頻率)將保存為fod(卡識(shí)別模式下的時(shí)鐘)，由于有些卡對(duì)操作時(shí)鐘有限制。主機(jī)必須發(fā)送SEND_CSD(CMD9)來獲得卡規(guī)格數(shù)據(jù)積存器內(nèi)容，如塊大小，卡容量。廣播命令SET_DSR(CMD4)配置所有識(shí)別卡的驅(qū)動(dòng)階段。它對(duì)DSR積存器進(jìn)行編程以適應(yīng)應(yīng)用總線布局，總線上的卡數(shù)目和數(shù)據(jù)傳輸頻率。

SD卡數(shù)據(jù)傳輸模式的流程圖(英文版協(xié)議P26)如圖3.3所示

圖3.3 SD卡數(shù)據(jù)傳輸模式的流程圖

1)CMD7命令用來選擇某個(gè)SD卡，使其進(jìn)入Transfer狀態(tài)，在指定時(shí)間段內(nèi)，只有一個(gè)卡能處于Transfer狀態(tài)。當(dāng)某個(gè)先前被選中的處于Transfer狀態(tài)的SD卡接收到CMD7之后，會(huì)釋放與控制器的連接，并進(jìn)入Stand-by態(tài)。當(dāng)CMD7使用保留地址0x0000時(shí)，所有的SD卡都會(huì)進(jìn)入Stand-by狀態(tài) 。

2)所有的數(shù)據(jù)讀命令都可以被停止命令(CMD12)在任意時(shí)刻終止。數(shù)據(jù)傳輸會(huì)終止，SD卡返回Transfer狀態(tài)。讀命令有：塊讀操作(CMD17)、多塊讀操作(CMD18)、發(fā)送寫保護(hù)(CMD30)、發(fā)送scr(ACMD51)以及讀模式下的普通命令

(CMD56)。

3)所有的數(shù)據(jù)寫命令都可以被停止命令(CMD12)在任意時(shí)刻終止。寫命令也會(huì)在取消選擇命令(CMD7)之前停止。寫命令有：塊寫操作(CMD24，CMD25)、編程命令(CMD27)、鎖定/解鎖命令(CMD42)以及寫模式下的普通命令(CMD56)。

4)數(shù)據(jù)傳輸一旦完成，SD卡會(huì)退出數(shù)據(jù)寫狀態(tài)，進(jìn)入Programming狀態(tài)(傳輸成功)或者Transfer狀態(tài)(傳輸失敗)。

四.Linux中SD/MMC設(shè)備驅(qū)動(dòng)流程

4.1.MMC子系統(tǒng)的基本框架

4.1.1.MMC子系統(tǒng)的代碼在kernel/driver/MMC下面，目前MMC子系統(tǒng)支持一些形式的記憶卡:SD,SDIO,MMC。

4.1.2.HOST：針對(duì)不同主機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序，這一部分需要根據(jù)自己的特定平臺(tái)來完成。

4.1.3.CORE：這是整個(gè)MMC的核心層，這部分完成了不同協(xié)議和規(guī)范的實(shí)現(xiàn)，并且為HOST層的驅(qū)動(dòng)提供接口函數(shù)。

4.1.4.CARD：因?yàn)檫@些記憶卡都是塊設(shè)備，當(dāng)然需要提供塊設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，這部分就是實(shí)現(xiàn)了將SD卡如何實(shí)現(xiàn)為塊設(shè)備的。

4.1.5.各層之間的關(guān)系

4.2.重要的結(jié)構(gòu)體

4.2.1. struct mmc_host 用來描述卡控制器位kernel/include/linux/mmc/host.h下面。

4.2.2.struct mmc_card 用來描述卡位于kernel/include/linux/mmc/card.h下面

4.2.3.struct mmc_driver 用來描述mmc卡驅(qū)動(dòng)在kernel/include/linux/mmc/card.h下面。

4.2.4.struct mmc_host_ops用來描述卡控制器操作集，用于從主機(jī)控制器向core層注冊(cè)操作函數(shù)，從而將core層與具體的主機(jī)控制器隔離。也就是說core要操作主機(jī)控制器，就是這個(gè)ops當(dāng)中給的函數(shù)指針操作，不能直接調(diào)用具體主控制器的函數(shù)。

位于kernel/include/linux/mmc/host.h下面。

2.5.struct mmc_ios用于描述了控制器對(duì)卡的I/O狀態(tài)。位于kernel/include/linux/mmc/host.h下面。

4.2.6.struct mmc_request用于描述讀寫MMC卡的請(qǐng)求，它包括命令,數(shù)據(jù)以及請(qǐng)求完成后的回調(diào)函數(shù)。位于kernel/include/linux/mmc/core.h中。

4.2.7.struct mmc_queue是MMC的請(qǐng)求隊(duì)列結(jié)構(gòu)，它封裝了通用請(qǐng)求隊(duì)列結(jié)構(gòu)，加入了MMC卡相關(guān)結(jié)構(gòu)。位于kernel/drivers/mmc/card/queue.h中。

4.2.8.struct mmc_data描述了MMC卡讀寫的數(shù)據(jù)相關(guān)信息，如：請(qǐng)求，操作命令，數(shù)據(jù)以及狀態(tài)等。位于kernel/include/linux/mmc/core.h中。

4.2.9.struct mmc_command描述了MMC卡操作相關(guān)命令及數(shù)據(jù)，狀態(tài)信息等。位于kernel/include/linux/mmc/core.h中。

4.3.host,core以及card之間的關(guān)聯(lián)和處理流程

4.3.1總體的流程如下圖所示

4.3.2.數(shù)據(jù).命令的處理流程在代碼分析那里會(huì)仔細(xì)分析

4.4：核心任務(wù)

MMC/SD卡的驅(qū)動(dòng)整個(gè)構(gòu)架由三個(gè)文件組成，其實(shí)一共就做了兩件事件：

1).卡的檢測(cè)。

2).卡數(shù)據(jù)的讀取。

4.4.1.卡的檢測(cè)中涉及到的函數(shù)

tcc_mmc_probe(host/tcc_sdhc.c)

mmc_alloc_host(core/core.c)

mmc_rescan(core/core.c)

mmc_attach_mmc(core/mmc.c)

mmc_init_card(core/mmc.c)

mmc_add_card(core/bus.c)

device_add

mmc_bus_match(core/bus.c)

mmc_bus_probe(core/bus.c)????????????????????????????????????????????????? ????mmc_blk_probe(card/block.c)

alloc_disk/add_disk

4.4.2.卡中數(shù)據(jù)讀寫涉及到的函數(shù)

mmc_blk_issue_rq(card/block.c)

mmc_wait_for_req(core/core.c)

mmc_start_request(core/core.c)

host->ops->requset(host,mrq)

//tcc_sdhc.c中的tcc_mmc_request

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux格式化sd卡博客,linux设备驱动那点事儿之SD卡驱动理论篇的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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