SD协议-状态机

来源：博客园
时间：2023-06-01 06:24:49

(资料图片仅供参考)

1.SD卡状态回顾

2.SD卡数据传输模式

SD卡在接收到CMD3之后就会进入data transfer state,初始状态时standby state,表示空闲状态
SD卡在standby state下,可以接收CMD4,9,10,3的设置
SD卡在standby state下,SD Host发送过来CMD7,CMD7会携带一个RCA值(这个RCA值是在identification state的时候接收CMD3时SD卡发送给SD Host的),SD卡接收CMD7后,在内部会进行比较RCA值,如果相同,SD卡就进入Transfer state,如果RCA值不同表示SD Host想要访问的是另外一张卡,当前SD卡就会维持在standby state
SD卡在Transfer state的时候可以接收传输的CMD和一些设置传输属性的CMD,比如在上图中,CMD6,17,18,30,56表示进行读操作,SD卡进入Sending data State,如果是single block传输,传输完成后就返回transfer state,如果是multiple block传输,传输完成后需要借助CMD12来停止传输,回到transfer state
CMD12 - 表示操作完成
SD卡在transfer state接收到CMD7,进行比较RCA之后发现不同,SD卡会直接从transfer state转到IDLE
SD卡在transfer state接收到CMD24,25,26,27,42,56(w)的写操作,此时SD卡会先接收数据,然后写数据,先进入receive data state,如果是single block write,接收数据完成之后直接进入programming state,如果是multiple block的写则通过CMD12表示接收数据完成,然后进入programming state
SD卡内部会有buffer和存储颗粒,对SD卡进行写操作是将SD卡buffer中的数据存储到SD卡的存储颗粒中的过程,receive state是将数据从data总线接收到SD卡内部buffer上,programming state是将buffer中的数据存储到SD卡的存储颗粒中
SD卡在programming state接收到CMD7,如果RCA不同,那么就会进入Disconnect state;在Disconnect state接收到CMD7,如果RCA相同,就又会回到programming state
SD卡进入到Disconnect state时,programming是还在进行的(从Buffer到存储颗粒的写),只是卡的总线卡的连接断开了,当SD卡内部识别到program结束,会回到standby状态
SD卡没有进入Disconnect state,正常program结束,会回到transfer state
SD卡在任何状态收到CMD0,都会进入到IDLE状态
SD卡在卡识别阶段的时候主要是读取一些寄存器的值以及RCA发布,没有大量的数据搬移,所以SD卡在卡识别阶段的频率比较低,fOD frequency是比较低的频率,SD卡在data transfer阶段的频率比较高,fpp frequency

2.1 standby state cmd

Standby状态下SD Host可以发送一些指令获取一些信息,CMD9,4,7

CMD9 - 可以获取卡的CSD,可以得到SD卡的block length和card storage capacity等信息
CMD4 - 可以获取SD卡的DSR(Driver Stage),系统上挂载的卡的数量越多和总线越长,卡的驱动能力就越强
CMD7 - 本身携带RCA值(SD Host-->SD卡),SD卡内部进行比较,判断是不是和自己通信,如果CMD7携带的RCA是0x0000,那么所有的SD卡都回到Standby state

2.2 data transfer state cmd

SD卡处于data transfer state可以接收一些指令

CMD17 - single block read
CMD18 - multiple block read
CMD12 - stop command(terminate data transfer)
CMD24 - single block write
CMD25 - multiple block write
CMD27 - 对于CSD寄存器写
什么时候开始program:传输write block的时候,block和crc都传输完成才开始program操作
当SD卡的buffer满了之后,会将DATA0总线拉低,表示当前数据总线busy,SD Host不能再往SD卡里写数据,如果写SD卡中的寄存器就不用buffer,可以直接写,如果是将数据写到SD卡的存储颗粒中,需要使用buffer
SD卡是busy的时候(DATA0被拉低),不能写其中的寄存器,因为当前卡正在用这些寄存器中的值
如果当前卡处于erase和program状态,此时接收到CMD7,CMD7携带的RCA与当前卡不同,当前卡会进入disconnect状态,但是erase和program操作不会结束,当erase和program结束之后,当前卡会进入standby状态
SD卡在disconnect状态,如果收到CMD7中RCA的值和当前SD卡一致,又会重新连接
CMD0/CMD15 - 将卡设置为IDLE,当前正在进行的操作就会终止,这种操作可能会毁掉数据,因为不知道传输是否完成

3.Bus width

Bus总线是4bit的,可以使用其中的4bit Bus或者是使用其中的1bit Bus,通过ACMD6进行选择Bus的位宽

SD卡上电之后或者IDLE,默认是1bit Bus
SD卡在data transfer 状态的时候可以使用ACMD6命令指定Bus位宽
在ACMD6设置Bus位宽的时候,SD卡不能被锁定

4.Block Read

SD卡的读写都是以block为单位
block最大容量是512bytes,可以设置其他的值
Block length通过CMD16进行设置,在data transfer state下进行设置
每个block在进行传输的时候都会添加一个crc,确保数据传输完整
CMD17,18 - single block read,multiple block read
CMD12 - multiple block传输时,在最后一个block传输后停止传输

出现block misalignments是不允许出现的,如果出现SD卡会设置ADDRESS_ERROR error给状态寄存器,停止传输

5.Block Write

在进行写操作的时候,设置Block length超过512bytes,仍然会使用512byte进行传输

6.Speed switch

CMD6 - 切换SD卡的传输速率
默认使用12.5MB/s的速率,可以设置为25MB/s
可支持的指令集可以进行定义:标准指令集,电子商务指令集,自定义指令集
在data transfer state

7.Clock Ctrl

SD卡的时钟是通过SD Host传过来的
可以进行低功耗设计,功耗与电压的平方成正比,与频率成正比
当进行数据传输或者命令传输的时候,当不需要卡在总线上传输数据的时候,可以关闭卡的时钟
CMD和response之间的时钟关系

8.CRC

发送命令或数据的时候,都需要经过芯片的IO口,SD Host和SD卡是通过PCB的走线连接在一起的,SD Host IO --> PCB线 --> SD Card IO,PCB走线容易受到电磁干扰,所以在传递的数据的时候可能出现错误
在进行数据或者指令传输的时候,会跟一段数据的编码(CRC),CRC的位宽通常比数据位宽小很多
在传输数据和命令的时候,发送端有一个CRC生成器,当数据发送完之后,再传输CRC生成器生成的CRC(CRC-m)
在接收端,不断接收数据,一边接收数据,也会一边生成自己的CRC(CRC-s),然后通过比较器cmp比较CRC-m和CRC-s,如果相同,就表示数据没有问题
如果CRC-m和CRC-s如果不同,有两种情况,数据传输出现错误或者CRC传输的时候出现错误,就不能使用这一笔数据,接收端会发送信息给发送端,将接收到数据并出错的信息返回给发送端,发送端一般会再次发送一次数据
CRC的作用主要是为了校验发送的数据是不是传输正确