SDIO - 1bit ／ 4bit V2.0 协议深度解析-简单易懂协议详解v i v o 手机「SDIO - 1bit ／ 4bit V2.0 协议深度解析-简单易懂协议详解」

1.简介
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：
全速的SDIO卡，传输率可以超过100Mbps。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；
低速的SDIO卡，支援的时脉速率在0至400KHz之间。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。
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
备注：此文章只解析 1-bit/4-bit mode。
2.SD/MMC/SDIO概念区分概要
SD（Secure Digital）是一种flash memory card的标准，是一般常见的SD记忆卡。
MMC（Multimedia Card）则是较早的一种记忆卡标准，目前已经被SD标准所取代。在上有相当详细的SD/MMC规格说明：[http://zh..org/wiki/Secure_Digital]。
SDIO（Secure Digital I/O）：就是SD的I/O接口（interface）的意思，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。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
• G/GPRS modem card
• Bluetooth card
• Radio/TV card
3.总线协议（此文章只解析 1-bit/4-bit mode）
SD总线上的通信基于命令和数据位流，数据流由起始位启动，由停止位终止。
• CMD：命令是启动操作的令牌。命令从主机发送到单个卡（寻址命令）或所有连接的卡（广播命令）。命令在命令行上串行传输。
• Response：响应是从寻址卡或（同步）从所有连接的卡发送到主机的令牌，作为对先前接收到的命令的应答。响应在命令行上串行传输。
• Data：数据可以从卡传输到主机，反之亦然。数据通过数据线传输。
3.1 总线传输类型

3.2 SD卡数据包传输格式
• 常用数据（8位宽度）：在单个字节中，以M优先发送。
• 宽数据（SD内存寄存器）：宽数据以M位优先发送。

3.3 CMD命令格式（1.92us@25MHz & 0.96us@50MHz）

3.3.1 CMD5 (The IO_SEND_OP_COND Command)

• Stuff Bits: 保留，0.
• I/O OCR: Operation Conditions Register. 提供电压的最大/最小值范围。如下表。


3.3.2 CMD8 (SEND_CSD Command)

• [19:16]voltage supplied(VHS)：提供电压范围，如下所示：

3.3.3 CMD52 (IO_RW_DIRECT Command)

• R/W Flag: 0:Read,数据在R5中返回; 1:Write.
• Function Number:I/O卡中要读或写的功能编号.
• RAW Flag: 写后读标志。
R/W为1，若该位为1，则该命令应在写入后读取寄存器的值。这对于允许写入控制寄存器并在同一地址读取状态非常有用。若该位为0，则R5响应中返回的值应与命令中的写入数据相同。
R/W为0，忽略此位。
• Register Address: 读写数据地址.
• Write Data/Stuff Bits: 若R/W=1,写入数据，若R/W=0，读取命令，设置为0.
• Stuff Bits: 保留，0.

3.3.4 CMD53 (IO_RW_EXTENDED Command):提供了最高的传输速率

• R/W Flag: 该位决定I/O操作的方向。
该位为0，则该命令从SDIO卡读取由功能编号和寄存器地址指定的地址的数据到主机。读取的数据应返回DAT[x]行。
该位为1，则命令应将DAT[x]行的字节写入由功能编号和寄存器地址寻址的I/O位置。
• Function Number: I/O卡中要读或写的功能编号。
• Block Mode:
块模式 = 1时，使用的块大小和每个命令使用的最大字节数。
块模式 = 0时，从CIS元组中读取最大值。
• OP code: 读写操作码
操作码0用于从单个I/O寄存器地址读取或写入多个字节的数据。当使用I/O卡内部的FIFO传输I/O数据时，此命令非常有用。在这种情况下，多个字节的数据被传输到（从一个寄存器地址传输）。对于此操作，寄存器的地址被设置到寄存器地址字段中。数据在为SD存储卡定义的DAT[0]或DAT[3:0]行上传输。
操作码1用于在每次操作后递增1的I/O寄存器地址中读取或写入多个字节的数据。当I/O卡中存在大量I/O数据时，可使用此命令。在此操作中，起始地址加载到寄存器地址字段中。第一个操作发生在I/O卡中的那个地址。下一个操作将发生在地址+1，地址递增1，直到操作完成。与操作码0一样，字节数是在命令的字节计数字段中设置的。
• Register Address: 读写I/O寄存器的起始地址。范围为 [0x1FFFF:0].

3.4 Responses 回应格式
Response与CMD对应关系如下表所示：

3.4.1 R1 R1b

3.4.2 R2: CMD2，CMD9，CMD10的响应

备注：【127：0】CID/CSD寄存器宽度为128bits。
•【127：8】为寄存器数据，
•【7：1】为寄存器的CRC，用来代替R2中的CRC，
•【0】为保留位，置“1”，用来代替R2中的end bit。

3.4.3 R3: ACMD41的响应

3.4.4 R4: CMD5的响应

• Reserved: 保留，1.
• C: 如果卡在初始化后准备运行，则设置为1.
• Number of I/O Functions:表示该卡支持的I/O功能总数,范围是0-7. I/O功能应从功能1开始按顺序执行。
• Memory Present: SD卡1, IO卡0.
• Stuff Bits: 保留位，0.
• I/O OCR: 支持的电压最大/最小范围

3.4.5 R5: CMD52的响应

• Stuff Bits:保留, 0.
• Response Flags: 指示SDIO卡状态的8位标志数据,如表5-1所示.
• Read or Write Data:
（R/W=1）写操作，对于（RAW=1）设置，此字段应包含写入命令中包含的数据后从寻址寄存器读取的值。注意，在这种情况下，读回的数据可能与写入寄存器的数据不同，这取决于硬件的设计。
（R/W=1）写操作，对于（RAW=0）设置，SDIO函数不应执行写后读操作，且该字段中的数据应与写入命令中的数据字节相同。
（R/W=0）读操作，该字段为实际读数据。


3.4.6 R6: CMD3的响应

3.4.7 R7: CMD8的响应

4 附录C - SD和SDIO的CMD区别

5. SDIO通信实例实测
本实例使用 Kingst LA5016 u 逻辑分析仪检测SDIO数据通讯。下图2是一个完整的数据包分析截图。从图中可以看到，LA5016的SDIO解析模块，将协议数据分析为 DIR（通信方向），CMD（命令序号）,ARG（Argument），CRC（8bits）。

下图为SDIO解析参数设置

下图为主机与从机的一次交互发送，主机发送数据为CMD7：标识选择SD卡。

圆形绿点：帧起始。