初学STM32 SDIO (三)

1. STM32的SDIO功能框图

​ STM32控制器有一个SDIO，由两部分组成： SDIO适配器和APB2接口， SDIO适配器提供SDIO主机功能，可以提供SD时钟、发送命令和进行数据传输。 APB2接口用于控制器访问SDIO适配器寄存器并且可以产生中断和DMA请求信号。

​ SDIO使用两个时钟信号，一个是SDIO适配器时钟(SDIOCLK=48MHz)，另外一个是APB2总线时钟(PCLK2，一般为84MHz)。STM32控制器的SDIO是针对MMC卡和SD卡的主设备，所以预留有8根数据线，对于SD卡最多用四根数据线。

2. SDIO适配器

​ SDIO适配器是SD卡系统主机部分，是STM32控制器与SD卡数据通信中间设备。 SDIO适配器由五个单元组成，分别是控制单元、命令路径单元、数据路径单元、寄存器单元以及FIFO。

2.1 命令路径

​ 命令路径控制命令发送，并接收卡的响应， 当SD卡处于某一状态时，SDIO适配器必然处于特定状态与之对应。STM32控制器以命令路径状态机(CPSM)来描述SDIO适配器状态变化， 并加入了等待超时检测功能，以便退出永久等待的情况。

• CPSM状态机

2.2 数据路径

​ 数据路径部件负责与SD卡相互数据传输， SDIO适配器以数据路径状态机(DPSM)来描述SDIO适配器状态变化情况。并加入了等待超时检测功能，以便退出永久等待情况。发送数据时， DPSM处于等待发送(Wait_S)状态，如果数据FIFO不为空， DPSM变成发送状态并且数据路径部件启动向卡发送数据。接收数据时， DPSM处于等待接收状态，当DPSM收到起始位时变成接收状态，并且数据路径部件开始从卡接收数据。

• DPSM状态机

2.3 数据FIFO

​ 数据FIFO(先进先出)部件是一个数据缓冲器，带发送和接收单元。控制器的FIFO包含宽度为32bit、深度为32字的数据缓冲器和发送/接收逻辑。
​ SDIO状态寄存器(SDIO_STA)的TXACT位用于指示当前正在发送数据， RXACT位指示当前正在接收数据， 这两个位不可能同时为1。

• 当TXACT为1时，可以通过APB2接口将数据写入到传输FIFO。
• 当RXACT为1时，接收FIFO存放从数据路径部件接收到的数据。
  根据FIFO空或满状态会把SDIO_STA寄存器位值1，并可以产生中断和DMA请求。

2.4 适配器寄存器

​ 适配器寄存器包含了控制SDIO外设的各种控制寄存器及状态寄存器，内容较多，可以通过SDIO提供的各种结构体来了解，这些寄存器的功能都被整合到了结构体或ST标准库之中。

3. SDIO相关结构体

​ 标准库函数对SDIO外设建立了三个初始化结构体，分别为SDIO初始化结构体SDIO_InitTypeDef、 SDIO命令初始化结构体SDIO_CmdInitTypeDef和SDIO数据初始化结构体SDIO_DataInitTypeDef。

• 初始化结构体成员用于设置SDIO工作环境参数，并由SDIO相应初始化配置函数或功能函数调用，这些参数将会被写入到SDIO相应的寄存器，达到配置SDIO工作环境的目的。
• SDIO命令初始化结构体用于设置命令相关内容，比如命令号、命令参数响应类型等等。
• SDIO数据初始化结构体用于配置数据发送和接收参数，比如传输超时、数据长度、传输模式等等。

3.1 SDIO初始化结构体

​ SDIO初始化结构体用于配置SDIO基本工作环境，比如时钟分频、时钟沿、数据宽度等等。

• SDIO_ClockEdge： 主时钟SDIOCLK产生CLK引脚时钟有效沿选择，可选上升沿或下降沿，它设定SDIO时钟控制寄存器(SDIO_CLKCR)的NEGEDGE位的值，一般选择设置为高电平。

• SDIO_ClockBypass： 时钟分频旁路使用，可选使能或禁用，它设定SDIO_CLKCR寄存器的BYPASS位。如果使能旁路， SDIOCLK直接驱动CLK线输出时钟；如果禁用，使用SDIO_CLKCR寄存器的CLKDIV位值分频SDIOCLK，然后输出到CLK线。一般选择禁用时钟分频旁路。

• SDIO_ClockPowerSave： 节能模式选择，可选使能或禁用，它设定SDIO_CLKCR寄存器的PWRSAV位的值。如果使能节能模式， CLK线只有在总线激活时才有时钟输出；如果禁用节能模式，始终使能CLK线输出时钟。

• SDIO_BusWide： 数据线宽度选择，可选1位数据总线、 4位数据总线或8为数据总线，系统默认使用1位数据总线，操作SD卡时在数据传输模式下一般选择4位数据总线。它设定SDIO_CLKCR寄存器的WIDBUS位的值。

• SDIO_HardwareFlowControl： 硬件流控制选择，可选使能或禁用，它设定SDIO_CLKCR寄存器的HWFC_EN位的值。硬件流控制功能可以避免FIFO发送上溢和下溢错误

• SDIO_ClockDiv： 时钟分频系数，它设定SDIO_CLKCR寄存器的CLKDIV位的值，设置SDIOCLK与CLK线输出时钟分频系数：
  CLK线时钟频率=SDIOCLK/([CLKDIV+2])。

3.2 SDIO命令初始化结构体

​ SDIO命令初始化结构体用于设置命令相关内容，比如命令号、命令参数、响应类型等等。

• SDIO_Argument： 作为命令的一部分发送到卡的命令参数，它设定SDIO参数寄存器(SDIO_ARG)的值。

• SDIO_CmdIndex： 命令号选择，它设定SDIO命令寄存器(SDIO_CMD)的CMDINDEX位的值。

• SDIO_Response： 响应类型， SDIO定义两个响应类型：长响应和短响应。根据命令号选择对应的响应类型。 SDIO定义了四个32位的SDIO响应寄存器(SDIO_RESPx,x=1..4)，短响应只用到SDIO_RESP1。

• SDIO_Wait： 等待类型选择，有三种状态可选，一种是无等待状态，超时检测功能启动；一种是等待中断，另外一种是等待传输完成。它设定SDIO_CMD寄存器的WAITPEND位和WAITINT位的值。

• SDIO_CPSM： 命令路径状态机控制，可选使能或禁用CPSM。它设定SDIO_CMD寄存器的CPSMEN位的值。

3.3 SDIO数据初始化结构体

• SDIO_DataTimeOut： 设置数据传输以卡总线时钟周期表示的超时周期，它设定SDIO数据定时器寄存器(SDIO_DTIMER)的值。在DPSM进入Wait_R或繁忙状态后开始递减，直到0还处于以上两种状态则将超时状态标志置1

• SDIO_DataTimeOut： 设置数据传输以卡总线时钟周期表示的超时周期，它设定SDIO数据定时器寄存器(SDIO_DTIMER)的值。在DPSM进入Wait_R或繁忙状态后开始递减，直到0还处于以上两种状态则将超时状态标志置1

• SDIO_DataBlockSize： 设置数据块大小，有多种尺寸可选，不同命令要求的数据块可能不同。它设定SDIO数据控制寄存器(SDIO_DCTRL)寄存器的DBLOCKSIZE位的值。

• SDIO_TransferDir： 数据传输方向，可选从主机到卡的写操作，或从卡到主机的读操作。它设定SDIO_DCTRL寄存器的DTDIR位的值。

• SDIO_TransferMode： 数据传输模式，可选数据块或数据流模式。对于SD卡操作使用数据块类型。它设定SDIO_DCTRL寄存器的DTMODE位的值。

• SDIO_DPSM： 数据路径状态机控制，可选使能或禁用DPSM。它设定SDIO_DCTRL寄存器的DTEN位的值。要实现数据传输都必须使能SDIO_DPSM。