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，廣泛應用于消費類電子產品中。

1.2.什么是SD卡

SD：SD卡為Secure Digital Memory Card, 即安全數碼卡。它在MMC的基礎上發展而來，增加了兩個主要特色：SD卡強調數據的安全安全，可以設定所儲存的

使用權限，防止數據被他人復制;另外一個特色就是傳輸速度比2.11版的MMC卡快。在數據傳輸和物理規范上，SD卡(24mm*32mm*2.1mm,比MMC卡更厚一點)，向前兼容了MMC卡.所有支持SD卡的設備也支持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標準上定義了一種外設接口，它和SD卡規范間的一個重要區別是增加了低速標準。在SDIO卡只需要SPI和1位SD傳輸模式。低速卡的目標應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這個術語在驅動程序中經常使用，很多文件，函數名字都包括”mci”.

1.5.MMC/SD/SDIO卡的區別

二.SD/MMC協議與命令

1.SD/MMC卡相關寄存器

SD卡內部有7個寄存器.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前暫時分配的地址(只適合SD模式);卡狀態(Card Status)和SD狀態(SD Status)寄存器保存著卡的狀態(例如,是否寫成功,通信的CRC校驗是否正確等),這兩個寄存器的內容與通信模式(SD模式或SPI模式)相關.MMC卡沒有SCR和SD Status寄存器.如下表1所示:

表1? SD卡內部7個寄存器

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，表示卡支持該位對應的電壓。最后一位表示卡上電后的狀態(是否處于”忙狀態”)，如果該位為0，表示忙，如果為1，表示處于空閑狀態(MMC/SD協議P60)。

表2 OCR寄存器

1.2.CID寄存器

CID為一個16個字節的寄存器，該寄存器包含一個獨特的卡標識號。如下表3所示：

表3 CID寄存器

1.3.CSD寄存器

CSD寄存器(卡特殊數據寄存器)包含訪問卡存儲時需要的相關信息。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，主機不能對它進行編程。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別過程中卡發布的器件地址。該地址用于在卡識別后主機利用該地址與卡進行通信。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(Byte)組成，如下：Byte1：0 1 x x x x x x(命令號，由指令標志定義CMD39為100111即16進制0x27，那么完整的CMD39第一字節為01100111，即0x27+0x40)。Byte2-5:Command Arguments,命令參數，有些命令沒有參數。

Byte6:前7位為CRC(Cyclic Redundacy Check，循環冗余校驗)校驗位，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 :(卡的識別、初始化等基本命令集)

CMD0:復位SD 卡。

CMD1:讀OCR寄存器。

CMD9:讀CSD寄存器。

CMD10:讀CID寄存器。

CMD12:停止讀多塊時的數據傳輸。

CMD13:讀 Card_Status 寄存器。

3.2.2.Class2 (讀卡命令集):

CMD16:設置塊的長度。

CMD17:讀單塊。

CMD18:讀多塊,直至主機發送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:設置擦除塊的起始地址。

CMD33:設置擦除塊的終止地址。

CMD38: 擦除所選擇的塊。

3.2.5.Class6(寫保護命令集):

CMD28:設置寫保護塊的地址。

CMD29:擦除寫保護塊的地址。

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：申請特定命令集 。

class10 －11 ：保留。

3.3.SD卡的工作流程

首先看下脫離操作系統如何在ARM處理器上實現SD卡的讀寫。過程可以分為3個大的步驟：初始化sd卡、寫sd卡、讀sd卡。

3.3.1.工作條件檢測

卡在識別模式下的命令流程如圖3.1所示(英文版見標準SD卡協議P24)

圖3.1 卡在識別模式下的命令流程

1)在主機和SD卡進行任何通信之前，主機不知道SD卡支持的工作電壓范圍，卡也不知道是否支持主機當前提供的電壓。因此主機首先使用默認的電壓發送一條reset指令(CMD0)。

2)為了驗證SD卡的接口操作狀態，主機發送SEND_IF_COND(CMD8),用于取得SD卡支持工作的電壓范圍數據。SD卡通過檢測CMD8的參數部分來檢查主機使用的工作電壓，主機通過分析回傳的CMD8參數部分來校驗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的命令響應字 。如果不支持所給電壓，則SD卡不會給出任何響應信息，并繼續處于IDLE狀態。

3)在發送ACMD41命令初始化高容量的SD卡前，需要強制發送CMD8命令。強制低電壓主機在發送CMD8前發送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，在這種情況下，低電壓主機不能不發送CMD8命令給卡，則收到ACMD41后進

入無活動狀態。

4)SD_SEND_OP_COND(ACMD)命令是為SD卡主機識別卡或者電壓不匹配時拒絕卡的機制設計的。主機發送命令操作數代表要求的電壓窗口大小。如果SD卡在所給的范圍內不能實現數據傳輸，將放棄下一步的總線操作而進入無活動。操作狀態寄存器也將被定義。

5)在主機發出復位命令(CMD0)后，主機將先發送CMD8再發送ACMD41命令重新初始化SD卡。

3.3.2.卡的初始化和識別處理

當總線被激合后，主機就開始卡的初始化和識別3處理。初始化處理設置它的操作狀態和是設置OCR中的HCS比特命令SD_SEND_OP_COND(ACMD41)開始。HCS比特位被設置為1表示主機支持高容量SD卡。HCS被設置為0表示主機不支持高容量SD卡。

卡的初始化和識別流程見圖3.2

圖 3.2卡的初始化和識別流程

3.3.3.數據傳輸模式

卡在識別模式結束后，主機時鐘fpp(數據傳輸時鐘頻率)將保存為fod(卡識別模式下的時鐘)，由于有些卡對操作時鐘有限制。主機必須發送SEND_CSD(CMD9)來獲得卡規格數據積存器內容，如塊大小，卡容量。廣播命令SET_DSR(CMD4)配置所有識別卡的驅動階段。它對DSR積存器進行編程以適應應用總線布局，總線上的卡數目和數據傳輸頻率。

SD卡數據傳輸模式的流程圖(英文版協議P26)如圖3.3所示

圖3.3 SD卡數據傳輸模式的流程圖

1)CMD7命令用來選擇某個SD卡，使其進入Transfer狀態，在指定時間段內，只有一個卡能處于Transfer狀態。當某個先前被選中的處于Transfer狀態的SD卡接收到CMD7之后，會釋放與控制器的連接，并進入Stand-by態。當CMD7使用保留地址0x0000時，所有的SD卡都會進入Stand-by狀態 。

2)所有的數據讀命令都可以被停止命令(CMD12)在任意時刻終止。數據傳輸會終止，SD卡返回Transfer狀態。讀命令有：塊讀操作(CMD17)、多塊讀操作(CMD18)、發送寫保護(CMD30)、發送scr(ACMD51)以及讀模式下的普通命令

(CMD56)。

3)所有的數據寫命令都可以被停止命令(CMD12)在任意時刻終止。寫命令也會在取消選擇命令(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)數據傳輸一旦完成，SD卡會退出數據寫狀態，進入Programming狀態(傳輸成功)或者Transfer狀態(傳輸失敗)。

四.Linux中SD/MMC設備驅動流程

4.1.MMC子系統的基本框架

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

4.1.2.HOST：針對不同主機的驅動程序，這一部分需要根據自己的特定平臺來完成。

4.1.3.CORE：這是整個MMC的核心層，這部分完成了不同協議和規范的實現，并且為HOST層的驅動提供接口函數。

4.1.4.CARD：因為這些記憶卡都是塊設備，當然需要提供塊設備的驅動程序，這部分就是實現了將SD卡如何實現為塊設備的。

4.1.5.各層之間的關系

4.2.重要的結構體

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卡驅動在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，用于從主機控制器向core層注冊操作函數，從而將core層與具體的主機控制器隔離。也就是說core要操作主機控制器，就是這個ops當中給的函數指針操作，不能直接調用具體主控制器的函數。

位于kernel/include/linux/mmc/host.h下面。

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

4.2.6.struct mmc_request用于描述讀寫MMC卡的請求，它包括命令,數據以及請求完成后的回調函數。位于kernel/include/linux/mmc/core.h中。

4.2.7.struct mmc_queue是MMC的請求隊列結構，它封裝了通用請求隊列結構，加入了MMC卡相關結構。位于kernel/drivers/mmc/card/queue.h中。

4.2.8.struct mmc_data描述了MMC卡讀寫的數據相關信息，如：請求，操作命令，數據以及狀態等。位于kernel/include/linux/mmc/core.h中。

4.2.9.struct mmc_command描述了MMC卡操作相關命令及數據，狀態信息等。位于kernel/include/linux/mmc/core.h中。

4.3.host,core以及card之間的關聯和處理流程

4.3.1總體的流程如下圖所示

4.3.2.數據.命令的處理流程在代碼分析那里會仔細分析

4.4：核心任務

MMC/SD卡的驅動整個構架由三個文件組成，其實一共就做了兩件事件：

1).卡的檢測。

2).卡數據的讀取。

4.4.1.卡的檢測中涉及到的函數

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.卡中數據讀寫涉及到的函數

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

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