SDIO卡系统物理层规范（中文翻译）

SDIO卡系统物理层 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 （中文 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc ） 物理层系统规范 2006-01-23 SDIO卡物理层 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 版本历史 日期 版本 文档负责人 修改内容 2006-1-26 1(0 姚彬 2 SDIO卡物理层标准 目录 版本历史 ......................................................................................................................2 目录 ..............................................................................................................................3 1概述 ...........................................................................................................................6 1.1 SDIO特点 ............................................................................................................................... 7 1.2 主要参考文档 ........................................................................................................................ 7 2 SDIO信号定义 ..........................................................................................................8 2.1 SDIO卡类型 ........................................................................................................................... 8 2.2.1 SPI(卡强制性支持) .............................................................................................. 8 2.2.2 1位SD数据传输模式(卡强制支持) ................................................................... 8 2.2.3 4位SD数据传输模式(对高速卡是强制性的，对低速卡是可选择的) ........... 8 2.3 SDIO主模式 ........................................................................................................................... 8 2.4 信号引脚 ................................................................................................................................ 9 2.5 支持SDIO卡对主设备端要求 .............................................................................................. 9 3 SDIO卡初始化 ........................................................................................................ 11 3.1 I/O卡初始化的不同 ........................................................................................................... 11 4 与SD规范的不同点 ............................................................................................... 14 4.1 不支持SD卡的命令 ............................................................................................................ 14 4.2 总线宽度 .............................................................................................................................. 15 4.3 卡检测寄存器 ...................................................................................................................... 15 4.4 数据传输异常中断 .............................................................................................................. 15 4.5 SD存储卡固定寄存器的改变 ............................................................................................. 15 4.5.1 OCR寄存器 ............................................................................................................... 15 4.5.2 CID寄存器 ............................................................................................................... 16 4.5.3 RCA寄存器 ............................................................................................................... 16 5 新的I/O读写命令 ................................................................................................. 17 5.1 IO_RW_DIRECT命令(CMD52) ........................................................................................... 17 5.2 IO_RW_EXTENDED命令(CMD53) ....................................................................................... 17 5.2.1 CMD53数据传送格式 ............................................................................................... 17 6 SDIO卡内部操作 .................................................................................................... 18 3 SDIO卡物理层标准 6.1 概述...................................................................................................................................... 18 6.2 寄存器访问时间 .................................................................................................................. 18 6.3 中断...................................................................................................................................... 18 6.4 挂起与重启 .......................................................................................................................... 19 6.5 读等待(可选择) .............................................................................................................. 19 SDIO固定内存映像 ............................................................................................................. 20 6.6 6.7 通用I/O区域(CIA) ........................................................................................................ 20 6.8 卡通用控制寄存器(CCCR) .............................................................................................. 21 6.9 功能基本寄存器(FBR) .................................................................................................... 21 6.10 卡信息结构(CIS) .......................................................................................................... 21 6.11 多功能SD卡 ...................................................................................................................... 21 6.12 嵌入式I/O代码存储区域(CSA) .................................................................................. 21 7 SDIO中断 ............................................................................................................... 22 7.1 中断时序 .............................................................................................................................. 22 7.1.1 SPI和SD 1位模式中断 ......................................................................................... 22 7.1.2 SD 4位模式中断 ..................................................................................................... 22 7.1.3 中断清除时序 .......................................................................................................... 23 8 SDIO物理特性 ....................................................................................................... 24 8.1 SDIO大小 ............................................................................................................................. 24 8.2 SDIO卡封装 ......................................................................................................................... 24 9 SDIO机械延展性 .................................................................................................... 25 9.1 附加ESD/EMI接地点 .......................................................................................................... 25 9.2 辅助扩展 .............................................................................................................................. 25 9.3 写保护开关 .......................................................................................................................... 25 10 SDIO电源 ............................................................................................................. 27 10.1 SDIO卡的初始化电压 ....................................................................................................... 27 10.2 SDIO电源功耗 ................................................................................................................... 27 10.3 SDIO电流 ........................................................................................................................... 27 11 缩略语和术语 ....................................................................................................... 28 附录A(标准化的) ................................................................................................. 30 A.1 SD和SPI命令清单 ............................................................................................................. 30 附录C(有借鉴意义).............................................................................................. 33 C.1 SDIO控制器设计举例 ......................................................................................................... 33 4 SDIO卡物理层标准 5 SDIO卡物理层标准 1概述 , Part 1:physical specification version 1.10 , Addendum on miniSD card specification version 1.0 for miniSD card , Part 2:file system specification version 1.01 , Part 3:security specification version 1.01 Application Specification for SD memory card , Part 4:SD-audio specification version 1.01 with CPRM , Addendum on move, migrate and preview extension version 1.0 , Part 5:SD-picture specification version 1.02 without CPRM , Part 6:SD-voice specification version 1.0 without CPRM , Part 7:SD-pDocment specification version 1.0 without CPRM , Part 8:SD-video specification version 1.1 with / without CPRM , Part 9:SD-PIM(个人信息管理) specification version 1.0 without CPRM , Part 10:SD-Image specification version 1.0 with / without CPRM , Part 11:SD-ePublish specification version 1.0 with / without CPRM , Part 12: SD-Map specification version 1.0 with / without CPRM , Part 13: SD-Binding(装订) specification version 1.01 with CPRM SDIO Specification , Part E1: SDIO card specification version 1.10 , Part E2: SDIO card type-A specification for Bluetooth version 1.00 , Part E3: SDIO card type-B specification for Bluetooth version 1.00 , Part E4: SDIO GPS card specification version 1.00 , Part E5: SDIO camera card specification version 1.00 , Part E6: SDIO PHS(个人手持电话业务系统) card specification version 1.00 Additional Specification , Part A1: Mobile Commerce Extension Specification Version 1.00 for SmartSD Card , Part A2: SD Host Controller Standard Specification Version 1.00 SDIO卡是一种以SD存储卡为基础(安全数字I/O)并与之兼容的卡设备。这种兼容性包括机 械特性、电子特性、所需电源特性、信号支持和软件系统。之所以拟定SDIO规范，目的是为移动 电子设备提供低功耗、高速度的数据I/O接口。 SDIO卡插进非SDIO主设备时，通常这种情况的处理是通过主设备忽略不能识别的SDIO卡， 因此不会造成设备物理破坏或软件崩溃。如果主设备支持SDIO，将进行正常方式卡检测，和扩展 SD规范阐述的一样，SDIO卡初始化后进入空闲状态，在这种状态下，功耗稍稍下降(在超过1 秒的时间内平均值可达15mA)。 6 SDIO卡物理层标准 在主设备正常初始化和查询卡期间，卡将认证自己为一个SDIO设备。主设备软件在已连接列表格式中获得卡信息，卡对电源的要求，或是否有相应的驱动软件是判别依据，并由此决定卡的I/O功能是否可以接受和激活。如果卡被接受，卡会完全上电并启动内建的I/O功能。 1.1 SDIO特点 ?应用于移动设备和固定设备。 ?SD物理总线无需改变或做最小限度的改变。 ?存储软件做最小的改动。 ?允许扩展物理形式来适应特殊的需求。 ?支持即插即用。 ?支持多功能，包括多I/O以及I/O与SD存储卡结合方式。 ?单卡支持多达7项I/O功能和一项存储功能。 ?允许卡中断主设备。 ?初始化电压:2.0到3.6V。 ?操作电压:3.1到3.5V。 1.2 主要参考文档 本规范广泛参考了SDA的文档:SD卡规范第一部分《物理层规范》2000年9月 版本号1.01。 读者可以通过这篇文档了解关于SD设备操作的更多信息，另外，其他文档都参照了本文档，完整列表在章节B.1中列出。 7 SDIO卡物理层标准 2 SDIO信号定义 2.1 SDIO卡类型 规范中定义了两种类型的SDIO卡。第一种类型是全速卡，支持SPI、1位SD总线和4位SD总线，能够以0-25MHz传输模式工作，全速SDIO卡完全可以使数据传输速度超过100M位/秒(10M 种卡仅需要SPI和1位SD传输模式，对低速卡来说 4字节/秒)。第二种类型是低速SDIO卡，这 位的支持是可选项。另外，低速SDIO卡涵盖0,400KHz时钟的整个范围，低速卡应用也是一种行业趋势，那就是以最小硬件资源实现低速I/O设备。类似功能的低速卡包括MODEM卡，便携式扫描仪，GPS接收机等。如果卡是“Combo card”(存储加上SDIO)，那么全速和4位总线操作的要求是强制性的。 2.2 SDIO卡模式 在SD卡物理层规范版本1.01中定义的三种信号模式同样适用于SDIO卡。 2.2.1 SPI(卡强制性支持) SPI总线拓扑在章节3.1.2中定义，总线 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 在章节3.2.2和SD存储卡规范的第7章中定义。在这种模式下，除了存储卡中没有定义引脚8用作中断管脚，其他所有管脚和信号规范与SD卡相同。 2.2.2 1位SD数据传输模式(卡强制支持) 这种模式与SD存储卡规范中的章节3.2.1定义的1位(窄)数据模式相同。在这种模式下，数据仅在DAT0信号线上传送，除了存储卡中没有定义引脚8用作中断管脚，其他所有管脚和信号规范与SD卡相同。 2.2.3 4位SD数据传输模式(对高速卡是强制性的，对低速卡是可选择的) 这种模式与SD存储卡规范中的章节3.2.1定义的4位(宽)数据模式相同。在这种模式下，数据在所有4条信号线上传送。因此，如果需要中断功能，需要一个特殊时序来提供，详细操作见章节7.1.2。4位总线传送模式提供了最高的数据传输速度可达100M位/秒。 2.3 SDIO主模式 如果一个SDIO主设备支持SD传输模式，建议支持1位模式和4位模式，然而一个SDIO主设 8 SDIO卡物理层标准 备有可能仅支持4位传输模式，如果兼容低速SDIO卡，就会降低了主设备的处理能力，这是因为向低速SDIO卡写入数据或从低速SDIO卡读回数据，仅能以“一命令一字节” 方式进行(见章节5.1中IO_RW_DIRECT命令的使用(CMD52))。 2.4 信号引脚 为了支持SDIO卡，多卡槽主设备给每个卡槽提供独立的时钟信号，这样槽与槽之间I/O设备是否置于省电状态就可以独立进行。为了避免主设备与卡的总线冲突，复位后，所有数据线都处 决定着DAT总线的模式。 于三态状态。通过访问总线控制寄存器CCCR来 图1 连接到2个4位SDIO卡 引SD 4位模式 SD 1位模式 SPI 模式 脚 1 CD/DAT[3] 数据线3 N/C 未用 CS 卡选择 2 CMD 命令线 CMD 命令线 DI 数据输入 3 VSS1 地 VSS1 地 VSS1 地 4 VDD 供电电压 VDD 供电电压 VDD 供电电压 5 CLK 时钟 CLK 时钟 SCLK 时钟 6 VSS2 地 VSS2 地 VSS2 地 7 DAT[0] 数据线0 DATA 数据线 DO 数据输出 8 DAT[1] 数据线1或中断 IRQ 中断 IRQ 中断 数据线2或读等9 DAT[2] RW 读等待(可选择) NC 未用 待(可选择) 表1 SDIO卡信号引脚说明 2.5 支持SDIO卡对主设备端要求 如果主设备支持所有容量的SDIO卡，就要支持特殊信号类型。为了支持卡端到主设备端的中 9 SDIO卡物理层标准 断信号传递，甚至仅支持SPI或1位SD卡模式的主设备，也将第8条引脚进行了连接。如果主设备支持多于一个SD卡时，为了不同类型的卡插在不同的卡槽中而毫无相互干扰，无论采用何种SD卡模式，CMD信号线和4位数据线都不直连在一起，而采用单独布线到主设备的方式。初始化后，在一个多卡槽系统中，SD卡规范和SDIO卡规范都支持CMD信号线“unifying”(连接在一起)的方式。 10 SDIO卡物理层标准 3 SDIO卡初始化 3.1 I/O卡初始化的不同 SDIO规范一个必须满足的需求是:SDIO卡不会造成卡插入时非SDIO主设备的崩溃，为了防止一个I/O功能设备在非I/O主设备上的操作，需要改变一下SD卡的认证模式流程。SDIO初始化阶段I/O主设备需要增加一个新命令(IO_SEND_OP_COND，CMD5)，来代换原来的ACMD41命令。 在复位或上电后，卡上的所有I/O功能都被禁止，卡的I/O部分除了对CMD5或带有CS=LOW CMD0命令之外的任何命令都不作响应。如果卡上安装了SD存储设备(也可以叫做COMBO卡)，那么存储卡将会正常响应所有普通强制存储命令。 单纯的I/O卡不会响应ACMD41命令，因此最初看起来就像MMC卡一样(对MMC规范更详细的信息见B.1)。单纯I/O卡不响应用来初始化MMC卡的CMD1命令，他的表现更像一个非响应卡。主设备会放弃并禁止该设备，因此非SDIO主设备收不到单纯I/O卡的响应，并强迫其进入非激活状态。SDIO主设备会在CMD55/ACMD41命令对之前发送CMD5命令，因此会收到响应R4，这是卡对CMD5响应，在响应中如果有一个有效的OCR,并继续初始化卡的进程。图2是在SD模式下SDIO主设备的操作过程，图3是SPI模式下。 如果卡上的I/O部分没有收到CMD5，I/O部分将保持非激活状态，并对除CMD5以外的所有命令不作响应，COMBO卡也只有存储功能。如果卡上没有安装存储体(例如在非SDIO主设备上的单纯I/O卡)，用户使用卡上的I/O功能，卡不会响应任何存储命令,例如:利用卡上以太网下载一个音乐文件到存储器的情况。 卡插入非SDIO主设备将被删除，设备不会使能I/O功能(没有CMD5),因此对于操作者而言操作的就像一个单纯存储卡。如果主设备具有I/O能力，就会对卡发送命令CMD5，卡也会以R4应答。主设备会读取R4的值，并会从这个R4中知道已有I/O功能的数量和SD存储功能是否存在。 SDIO卡CMD5的功能与SD卡的ACMD41操作相同，用于查询I/O卡所需的操作电压范围。在SD或SPI格式中，CMD5的正常响应是R4，有I/O能力的主设备会发送CMD5,如果卡以R4作响应，主设备就会根据R4中包含的数据决定卡的配置。 主设备完成卡的I/O部分初始化后，将会读取卡的通用信息域(CIA)(见章节6.7)。通过发送以I/O功能0的00字节起始的读命令。CIA包含卡的通用控制寄存器(CCCR)和基本功能寄存器(FBR)。同时在CIA中也包括卡的通用信息结构(CIS)和独立功能CIS的指针。CIS包括上电、功能、制造商和主设备决定I/O功能上电是否恰当需要的信息。如果主设备决定卡应该激活，CCCR域寄存器会使能卡以及卡的每一项功能。这时I/O卡的所有功能完全可用。另外，主设备还有控制功耗和逐一使能/禁止中断的功能，这样对I/O卡的访问不会对现有存储卡造成干扰。 11 SDIO卡物理层标准 图2 SD模式下卡的初始化流程(SDIO主设备) 12 SDIO卡物理层标准 图3 SPI模式下卡的初始化流程(SDIO主设备) 13 SDIO卡物理层标准 4 与SD规范的不同点 4.1 不支持SD卡的命令 下面阐释几个单纯SDIO卡以及COMBO卡I/O部分不支持，而SD卡支持的命令。这些命令中的一部分在SDIO设备中没有用，例如擦除命令，因此SDIO不支持。另外，有几条命令在SD卡与卡上的SDIO部分有所不同。表2列出了这些命令和与之等效的SDIO命令。一个完整的命令列表见表4和表5。 SD命令 SDIO命令 注释 在SPI模式中，复位命令(CMD0)仅用于存储卡和COMBO卡的存储部分。为 CMD52 (在CCCR了复位单纯I/O卡或COMB0卡的I/O部分，使用CMD52写入“1”到CCCR中的复CMD0 中写入I/O复位的位，(寄存器6中的第3位)。需要注意的是在SD模式中，CMD0仅用于只 位) 是如何进入SPI模式，所以必须支持。对于单纯的I/O卡或COMBO卡的I/O部 分而言，命令CMD0不会是指复位。 为了中断数据的块传输，SD存储卡使用命令CMD12。为了中断I/O传送，使CMD52 (写入CMD12 用命令CMD52写到CCCR寄存器中的中断寄存器(寄存器6中位2:0)，见章节I/O异常中断) 4.4中的详细说明。 CMD52 (写入CMD16为SD卡设置块长度信息。为了给每个I/O功能设置块长度，使用命令CMD16 I/O块长度) CMD52在寄存器FBR中写入块长度。 CMD2 无 在单纯SDIO卡中不存在CID寄存器 CMD4 无 在单纯SDIO卡中不存在DSR寄存器 CMD9 无 在单纯SDIO卡中不存在CSD寄存器 CMD10 无 在单纯SDIO卡中不存在CID寄存器 对于单纯的I/O卡或COMBO卡的I/O部分不支持SD存储卡使用的相同的CMD13 无 SEND_STATUS(CMD13)协议。 CMD52 (在CCCR ACMD6 中写入总线宽SET_BUS_WIDTH通过向CCCR寄存器写入数据来处理，见章节4.2详述 度1:0) ACMD13 无 在单纯SDIO卡中不存在SD状态寄存器 ACMD41 CMD5 SDIO设备使用IO_SEND_OP_COND命令(CMD5)。 在SD模式中，在DAT[3]上的上拉寄存器通过CCCR中CD禁止位的写入来控制。ACMD42 CMD52 对于COMBO卡而言，只有卡上的存储和I/O部分都禁止该寄存器，该寄存器 才无效。更详细的信息见章节4.3。 14 SDIO卡物理层标准 ACMD51 无 在单纯SDIO卡中不存在SCR寄存器 CMD17, CMD18, CMD53 I/O块操作使用命令CMD53，远胜于存储块读写命令 CMD24, CMD25 表2 不支持的SD卡命令 4.2 总线宽度 对于SD存储卡而言，SD模式总线宽度通过命令ACMD6设置。SDIO卡使用命令CMD52写CCCR寄存器来选择总线宽度。在COMBO卡例子中，两种选择方式都存在。因此，主设备在开始数据传送前会以上面所述的两种方式设置总线宽度。需要注意的是，低速的SDIO卡支持4位传输模式只是一个选项，当与一个低速SDIO卡通讯时，主设备必须首先判断低速SDIO卡是否支持4位传输模式，这一点限制于总线宽度的选择。 4.3 卡检测寄存器 SD卡和I/O卡通过DAT[3]上拉寄存器进行卡插入检测。使能/禁止该寄存器在SD存储卡和SDIO中的过程是不同的。SD存储卡使用ACMD42控制该寄存器，然而SDIO使用命令CMD52写CCCR寄存器来实现。在COMBO卡的例子中，主设备管理的两种方式并存，如果存储和I/O都禁止寄存器时，该寄存器才会禁止。上电后，对两种缺省状况而言寄存器都是使能的。注意I/O方式复位后，I/O寄存器使能状态不会改变。 4.4 数据传输异常中断 主设备与SD存储卡通讯过程中，对卡的数据读写操作使用CMD12来异常中断。对于SDIO设备而言，通过向CCCR中写入ASX位代替CMD12的异常中断。通常情况下，异常中断用于不限长度的块传输(块计数,0)，如果精确数目块被传输，建议主设备以正确的块计数发布块命令，这样远强于使用在达到正好的数目时异常中断数据操作的不限长度的块计数。 4.5 SD存储卡固定寄存器的改变 4.5.1 OCR寄存器 所有SD卡(包括存储，I/O和COMBO)至少有1个OCR寄存器。如果卡是一个COMBO卡，可以有2个OCR寄存器(一个用于存储，一个用于I/O)。COMBO卡的存储部分通过命令ACMD41和CMD58访问的OCR寄存器，卡的I/O部分有1个结构相同的OCR寄存器，可以通命令CMD5访问。 15 SDIO卡物理层标准 如果有多个OCR寄存器，那么工作电压范围可能不尽相同，与I/O的OCR寄存器反馈相比，一些I/O功能可能需要更宽的电压范围。I/O的OCR会将所有I/O功能电压范围反馈数据进行逻辑“与”运算，需要注意的是I/O的OCR格式与存储卡的格式不同，只有24位长。I/O功能的每项功能电压可以从卡的CIS寄存器中读出。 4.5.2 CID寄存器 SD卡最多有1个CID寄存器。如果卡包含存储和I/O，CID寄存器信息依据SD版本1.01不做改变，并且只从卡的存储部分反馈信息。如果是单纯的I/O卡，不支持CID寄存器和相关的访 如果主设备对一个单纯的I/O设备试图进行访问，SPI模式下的卡会以“无效问命令(CMD10)。 命令”响应，而处于SD模式下的卡不会响应。 4.5.3 RCA寄存器 每支SD卡最多有1个RCA寄存器。RCA寄存器的值会依赖于整个卡的RCA，所有功能和存储都共享相同的卡地址。 16 SDIO卡物理层标准 5 新的I/O读写命令 为了支持I/O功能，增加了两条附加数据传送指令。一条直接的I/O命令IO_RW_DIRECT，与MMC中的“快I/O”命令类似，另外一条指令是IO_RW_EXTENDED，这条命令允许以更快速访问字节或块。两条命令都属于第9类(I/O命令)。 5.1 IO_RW_DIRECT命令(CMD52) 在总的寄存器空间128K范围内访问单个寄存器，IO_RW_DIRECT是最简单方式，可以实现包括普通I/O空间域(CIA)任意的I/O功能。这条命令实现1字节数据的读写需要1对命令/响应，常用的方式是初始化寄存器或监视I/O功能的状态值。，仅需要1对命令/响应，因此这条命令对于单独I/O寄存器的读写是最快的方式。SDIO卡对命令CMD52的响应有如下两种方式:如果卡与主设备间的通讯处于1位或4位模式，响应是48位响应(R5);如果连接采用SPI模式，响应会是16位的R5。 5.2 IO_RW_EXTENDED命令(CMD53) 定义了一个新命令IO_RW_EXTENDE来实现单一命令读写多I/O寄存器。这条命令包括在命令类第9类中(I/O命令)。这条命令允许以一条命令读写大量的I/O寄存器。这是一条提供了最大数据传输速度命令。SDIO卡对CMD53命令的响应是R5(与CMD52命令相同)。对于CMD53,8位数据域的后缀读回是0x00。 5.2.1 CMD53数据传送格式 当IO_RW_EXTENDED(CMD53)执行时，多字节或多块数据传送与多块数据存储相同。对于多字节传送模式(块模式,0)有下面的适用方式: I/O_RW_EXTENDED字节读与CMD17相同(READ_SINGLE_BLOCK). I/O_RW_EXTENDED字节写与CMD24相同(WRITE_BLOCK). 需要注意的是，对于传输的字节计数在命令中的设置，要强于固定的块大小。因此，数据净荷的大小会在1-512字节之间变化。 块模式与下面的存储命令相同: I/O_RW_EXTENDED块读与CMD18相同(READ_MULTIPLE_BLOCK). I/O_RW_EXTENDED块写与CMD25相同(WRITE_MULTIPLE_BLOCK). 对于块传输模式唯一的区别在固定块的计数，主设备一直连续传输直到计数满足条件为止无需要停止。如果块计数设置为0，在这种条件下操作方式与存储方式完全一致，主设备只有停止数据传输。 17 SDIO卡物理层标准 6 SDIO卡内部操作 I/O访问不同于存储访问，在I/O访问中寄存器可以被单独读写，并且无需FAT文件结构或者块概念直接进行(虽然也支持块访问)。这些寄存器访问，允许对I/O功能的I/O数据和控制，以及报告状态或向/从主设备传送I/O数据。SD存储卡依赖于固定块长度的概念，命令每次的读写操作是对许多这样固定大小的块。I/O对固定块的长度没有限制，并且读块大小和写块大小也可以不同，因此I/O操作是基于任意长度(字节计数)或者块大小。 6.1 概述 每个SDIO卡可以在卡内实现1,7项I/O功能和一项存储功能，每项功能实际上都包括一个I/O设备。I/O功能彼此之间可以相同，也可以完全不同。所有I/O功能作为一个寄存器域的形式 17来组织。每个I/O功能最多可以使用131，072(2)寄存器。这些寄存器和它们派生出来的独立位可以是只读、只写或即可读又可写。卡中这些寄存器宽度可以是8，16或32位，都是基于字节访问的寻址方式。 这些寄存器可以在某一时间单独读写或同时读写，可以多次对同一地址操作，也可以多次对增量地址操作。单一读写访问经常用于I/O功能的初始化或读取单一状态或数据内容。对一个固定地址的多次读写用于卡中FIFO寄存器数据读或写操作。对增量地址读操作用于把RAM域中收集的数据写入卡中，或者把卡中的数据读入RAM域。图4说明了SDIO卡的CIA的映射关系和可选择的CSA地址空间。 6.2 寄存器访问时间 单纯SDIO卡和COMBO卡上的SDIO部分所有寄存器必须在不到1秒的时间内完成读写数据传送。对于一个非响应情况，主设备可以用1秒作为超时的标准值。 如果一项功能需要超过1秒的访问时间，卡制造商就会采用一些特殊的功能实现手段，这在本规范中未作阐述。如果SDCLK平均时钟频率小于100KHz，那么卡就不可能有1秒的响应时间限制，1秒的响应时间是与SDCLK时钟频率紧密相关的。主设备将根据平均时钟频率SDCLK是否小于100KHz来决定响应的溢出时间。 6.3 中断 在SPI和1位SD模式中，所有SDIO主设备都支持中断，SDIO或COMBO卡中的每一项功能如果需要，都可以采用中断实现。用于SDIO功能的中断是一类叫做“电平触发”的中断，电平触发方式，指任何发生的中断，都会以信号形式通知，一旦以信号形式申请中断，直到引起中断的中 18 SDIO卡物理层标准 断源被移除，或已经由主设备完成了中断操作才会释放中断(停止向中断响应机构发送信号)。既然只有一条中断线，多中断源只有共享中断线。已经进入中断的功能直到主设备响应并清除中断为止，将会不间断用信号申请中断。既然多中断可以立即激活，就由主设备负责按照需要确定多中断源和决定如何处理。 通过SDIO功能寄存器上两位的使用来实现中断使能和挂起。每项功能是否可以中断，由中断使能位决定，另外，SDIO卡有一个中断使能主控来控制所有功能的中断使能，只有设置了功能使能和卡主控使能，中断才能出现在SD总线上。 中断位叫做中断挂起，这是一个只读位，告诉主设备那些功能可以申请中断。可以产 第二个 生中断的每项功能都有一个中断挂起位，这些位都位于CCCR寄存器中。 6.4 挂起与重启 在一个多功能SDIO或COMBO卡中，共享访问SD总线的多个设备(I/O和存储)，为了实现多设备对主设备访问的共享，SDIO和COMBO卡实现了可选择的挂起/重启(SUSPEND/RESUME)概念。如果卡支持挂起/重启，主设备会对一项I/O功能或存储挂起数据传送操作,一旦高优先级的传送完成，原来的传送操作在其中断点重新启动传输。对挂起/重启操作的支持是卡的必然选择，如果挂起/重启操作实现，将会由COMBO卡的存储部分和除了功能0(CIA)以外所有I/O功能来支持。需要注意的是主设备可以挂起多项传送，并且以期望的任意顺序重启这些传送。I/O功能0不支持挂起/重启。还需要注意的是挂起/重启对SD的1位和4位模式定义的，不适用于SPI传送。 6.5 读等待(可选择) 主端设备构建需要遵从SD物理层规范版本1.01，由于卡执行多块读命令，当主设备不能再接收更多数据时，必须控制SDCLK停止读数据时钟输出。在这期间主设备已经停止SDCLK，命令CMD52不能再发送。这种限制造成一个问题，就是构建遵守SD物理层规范版本1.01主端设备在多块读周期期间不能执行I/O命令。 为了消除这种限制，SDIO规范增加了读等待控制，使主设备能够在多块读周期期间发布CMD52命令。读等待使用DAT[2]信号线，允许主设备以信号形式告诉发送了数据读命令的卡暂时挂起。这一特征由SDIO卡和COMBO卡选择。虽然如此，如果SDIO或COMBO支持读等待，所有功能和任意存储都要支持读等待功能。需要注意的是读等待对SD的1位和4位模式定义的，不适用于SPI传送。 为了判断卡是否支持读等待规范，主设备必须能够检测CCCR中卡容量字节中的SRW容量位。如果卡不支持读等待规范，在多块读命令中，唯一补救方式只有让主设备控制SDCLK不中断数据传送。 19 SDIO卡物理层标准 6.6 SDIO固定内存映像 SDIO卡有固定内部寄存器空间和独特的功能区域。固定区域包含关于卡信息和固定位置寄存器是强制的还是可选择的。固定位置允许主设备获取关于卡的信息和处理象使能这种简单的操作的正常方式。独特的功能区域是由供应商定义，并且每一项功能也是有区别的功能区域，图4就是多功能SDIO卡内部映像。 图4 SDIO内部地址映象图 6.7 通用I/O区域(CIA) 所有SDIO卡必须实现通用I/O区域。主设备通过I/O读写功能0访问CIA。CIA中的寄存器提供了使能/禁止I/O功能的操作，控制中断的产生和支持I/O功能的软件有选择性的加载。CIA中的寄存器也提供了功能描述和需要何种资源配合信息。在CIA中支持有三种不同的寄存器结构，他们是: 1.卡通用控制寄存器(CCCR) 2.功能基本寄存器(FBR) 3.卡信息结构(CIS) 20 SDIO卡物理层标准 6.8 卡通用控制寄存器(CCCR) 卡通用控制寄存器允许主设备对以卡(主机方式)和卡上功能为基础的I/O卡使能和中断进行快速检测和控制。CCCR寄存器中的位是读写混合或只读的，如果7个功能中任何一个不能在SDIO卡上提供，未用功能的位相应做只读为0的处理。所有保留和将来使用的位(RFU)将做成只读的并且返回值是0。上电或复位后所有可写位被置成0，初始化后甚至I/O功能禁止时，就可以访问CCCR寄存器，这样主机就能够在初始化后使能I/O卡的功能。 6.9 功能基本寄存器(FBR) 除了CCCR寄存器之外，每一项支持I/O的功能有256字节区域，用于主设备快速了解I/O功能描述和所需资源，以及使能软件加载。这个区域的地址分布在从0x00n00到0x00nFF区间，这里n是功能号(0x1到0x7)。 6.10 卡信息结构(CIS) 卡的信息结构提供了关于卡和特殊功能的更为详细的信息。CIS是用来读取卡上存在的I/O功能信息通用区域。这一设计是基于由PCMCIA标准化的PC 16位卡设计。支持I/O功能所有卡必须有一个通用的CIS和每项功能的CIS。通过读取固定区域来访问CIS，这一区域作为卡的通用CIS和每项功能的存储区，通用CIS和每项功能都有一个指针指示这一存储空间在CIS内的启始地址。 6.11 多功能SD卡 多功能SDIO卡卡上每一个功能有自己独立的配置寄存器。多功能SDIO卡使用，卡上所有功能CIS通用特性和卡上的每项独立功能的功能特殊CIS特殊特性的结合，通用CIS描述了卡上所有功能的通用特性，每项功能特殊CIS描述了SDIO卡上特殊功能的特性。 6.12 嵌入式I/O代码存储区域(CSA) 为了支持SDIO卡即插即用的概念，包含在卡里的每项功能需要一块存储区来存储驱动和应用。另外，既然相同SDIO卡可以用于不同的主设备平台，每项功能就需要几种不同版本的代码。一个选择就是存储这些程序在一个COMBO卡的标准SD存储卡上。 另一方面，加载代码的标准访问方式也包括在可选择代码存储区(CSA)中。CSA是一块16MB的独立存储区域，使用CSA中地址指针进行访问，并且CSA窗口寄存器包含在FBR寄存器中。需要注意的是每一项功能需要有自己的CSA寄存器来支持。 CSA数据可以是只读或可读写的。CSA的实际存储 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 不是本规范要阐述的内容，这一点留待实现。 21 SDIO卡物理层标准 7 SDIO中断 为了允许SDIO卡中断主设备，一个中断功能被增加到了SD接口上。引脚8在4位操作模式下用作DAT[1]，用于把卡的中断请求信号通知主设备。对于每块卡和卡上的每一个功能而言，中断的使用是可选择的。SDIO卡的中断是“电平触发”类中断，那就是说，中断发生时，用于申请中断线的信号线必须保持为“低电平”，直到中断信号被识别并由主设备执行，或者取决于中断周期，从而禁止插入新的中断(见章节7.1.2)。一旦主设备已经服务于中断，中断可以通过一些特殊I/O操作方式清除。所有主设备必须在数据线上提供上拉电阻，就象SD物理层规范第6节描述的那样。 7.1 中断时序 中断引脚的操作在SPI模式和SD模式是不同的。中断引脚的操作定义如下。 7.1.1 SPI和SD 1位模式中断 在SPI和1为SD模式中，推荐使用引脚8的中断功能。既然在SPI和1位SD模式中对中断没有时序限制，在SPI或1位SD模式中卡通过插入引脚8为低电平来通知主设备，主设备使用电平触发输入来检测挂起的中断。主设备负责清除中断。 需要重点注意事项:这一规范的版本1.0没有指出当卡未被选中时(CS=1)，卡是否会插入中断连接线。SDIO工作组一致的意见是处于SPI模式的卡不可以在卡未被选中的情况下插入中断信号。这一观点已经在这个规范将来的版本中做了澄清。主设备端和卡端的发展商不应该插入这个信号，除非卡已被选中。也是在这个规范的将来版本中，SPI模式中的SDIO卡，在卡未被选中时将会允许插入中断操作。 7.1.2 SD 4位模式中断 在使用4位SD模式中引脚8是在IRQ和DAT[1]之间共享的，在一个特定时间段中断会被卡发出，由主设备识别，第8引脚为低电平被识别为中断的时间被定义为中断周期。 在中断周期期间，SDIO主设备采样引脚8(DAT[1]/IRQ)上的电平到中断检测器。所有其余时间，主设备中断控制器会忽略引脚8电平。需要注意的是中断周期是依赖于存储和I/O操作的，对于单块和多块数据传输操作来说中断周期的定义是有所区别的。 指定中断周期就是为了防止在一个普通引脚上数据DAT[1]和中断信号引起混淆。需要注意的是中断周期包括主设备与卡之间没有命令和数据激活的时间。因此这里中断机制是当卡处于低电平状态(例如没有时钟)时，用来唤醒主设备，不论是卡还是主设备在进入停止时钟状态之前都会把自己置为1位SD模式。 22 SDIO卡物理层标准 7.1.3 中断清除时序 既然SDIO卡采用电平触发中断，主设备必须在I/O读或写一些特殊功能区时清除挂起的中断。在主设备CPU忙于处理其他操作时，通过适配器硬件发送命令CMD52到卡来处理，有些主设备中实现了这一功能。这一条件允许已经处理的中断，向主设备要求重入中断，这完全取决于中断清除时间是否可控。为了防止这一条件出现，任何实现中断的SDIO卡必须满足用于清除中断的特殊区域写入后，从DAT[1]引脚上移除中断的时间。中断的清除可以通过在一个功能独特IO写操作或读操作来完成。 23 SDIO卡物理层标准 8 SDIO物理特性 8.1 SDIO大小 SDIO卡兼容为SD存储卡设计的主设备插槽。另外，SDIO卡能够做延展以便允许外部连接器，天线等的扩展。带有写保护开关的除外，对那些没有做延展卡来说，所有SDIO卡必须满足SD物理层规范版本号1.01中规定的机械特性。对于单纯的SD卡而言，写保护开关主设备不支持。(见章节9.3中的附加信息)。 8.2 SDIO卡封装 除了表三中注意的地方，SDIO卡应该满足SD卡物理规范版本1.01中章节8.1中规定的关于封装的所有需求。 章节 题目 SDIO特别的地方 8.1.1 外部接触信号 (ESC) 无 8.1.2 设计和格式 32mm长度大小限制不适用于SDIO，另外任意尺寸的限制不适用于 SDIO扩展区域。见章节8.1和9.2。 8.1.3 可靠性和寿命 弯曲和扭转会在竭力触点末端32mm处测量，而不考虑实际长度。写 保护需求仅依赖于写保护开关是否安装(单纯的SDIO卡不支持写保 护)。跌落实验不适用于SDIO卡。 8.1.4 (ESD)需求 焊盘接触测试仅适用于9个SD引脚，没有任何附加的供应商提出的 特殊触点。在没有触点的区域进行ESD放电试验，测试时应该在标 准SD卡32mm X 24mm区域进行放电操作。 8.1.5 质量保证 无应用，SD卡支持唯一ID是一个可选择项目，所以无法通过此项目 确定厂商信息。 表3 SDIO对SD物理层部分8.1特殊需求 24 SDIO卡物理层标准 9 SDIO机械延展性 考虑到SD卡的形状因素，为了实现一些功能的需要，对标准SD卡尺寸进行延展和重构。SDIO设备定义了两个区域的延展。当然这些延展都是可选择的，并且也可以由卡生产商根据他们的需要使用。这两个延展特性是: 附加ESD/EMI接地点 1. 2. 扩展的外形尺寸 图5给出了这两项扩展地详细描述。 9.1 附加ESD/EMI接地点 对于有些SDIO设备而言，有可能需要与主设备建立更低阻抗的地连接。这一点有助于减少卡的EMI辐射和磁敏感性。插入或操作方面静电放电ESD也可能需要附加地。如果需要附加地，卡可以象图5中一样实现附加地触点。 9.2 辅助扩展 考虑到SD卡的形状因素，为了提供有用的I/O设备，延展外观尺寸以提供更多的空间给连接器、天线等，有可能是必须的。为了提供更大的扩展空间和满足与现有SD主设备的兼容性，SDIO扩展区域已经定义。图5就是扩展区域的图示。SDIO卡的供应商可以在规定的区域范围内扩展自己的SDIO外观尺寸。请注意在本规范中，没有对这一区域增长的数量和方向作以限制。供应商应该小心的是卡的外形延展可能会造成与SD主设备的干涉(外观上引起的机械冲突)问题，这取决于延展的方向和大小。图纸说明2个附加的卡锁定凹口超过了普通SD的区域。这些凹口是为了给SDIO设备提供额外的牢固性，为了防止由于电缆或延展外形增加的重量导致的卡意外被退出卡槽。对这些凹口的支持对主设备和卡供应商来说就是可选的，但是他们在主设备和卡中的使用，为了防止意外造成的非连接状态，得到了极高的推荐度。 9.3 写保护开关 对单纯的SDIO卡而言，不支持写保护开关。因为主设备对单纯SDIO卡不提供写保护功能，建议这些卡在制造过程中不必在写保护的位置上挖补或打凹口。如果SDIO卡制造商选择增加写保护挖补，就会构成信号写使能设备(见图5)。如果SDIO卡是一块COMBO卡，那么写保护开关实现是强制性的。对于这种情况，必须满足从SD物理规范来引申而来的所有规范。 25 SDIO卡物理层标准 图5 SDIO机械特性扩展 26 SDIO卡物理层标准 10 SDIO电源 10.1 SDIO卡的初始化电压 SDIO卡符合SD卡所需的电压和电流。这就意味着SDIO或COMBO卡必须以初始化电压范围2.0- 3.6V来完成与卡之间的基本通讯。这一基本通讯定义成:CMD5以arg=0为参数，CMD0,CMD15和CMD58. 10.2 SDIO电源功耗 SDIO卡为了能够在移动设备中操作使用，有电源可用性的限制，如果SDIO设备过多的消耗电能，那么移动设备的电池寿命就会显著的减少，SDIO设计者一个主要目标应该是低功耗。通过把电源消耗减到最小，主端电池工作寿命和消费者的满意度就会大为提高。下面的电源数据代表了SDIO设备可以消耗的最大电能情况。对设计人员来说更重要的问题是低功耗的主设备可以拒绝任何自己识别为需要主设备提供电源不足以支撑的SDIO卡，因此低功耗设备在市场上会有相当的竞争优势。 10.3 SDIO电流 一旦初始化插入的卡，SDIO和COMBO卡会在吸收最大15mA的电流，一秒钟内的平均值。需要注意的是，满足SD卡物理层规范版本号1.0的存储卡或COMBO卡不一定满足初始化电流的要求。但是对满足版本1.01卡来说就满足初始化电流的要求。 一旦卡收到CMD5或ACMD41初始化命令，平均初始化电流应该满足: • 50 mA或更低，对于单纯SDIO卡400uS周期的平均值 • 100 mA或更低，对于COMBO卡1秒周期平均值 对卡电流这一限制会一直持续，只要卡还处于初始化过程中(对SD模式无效，对SPI模式处于in_idle_state状态)。 27 SDIO卡物理层标准 11 缩略语和术语 Block A number of bytes, basic data transfer unit CCCR Common Card Control Registers CD Connect/Disconnect CIA Common Information Area CID Card IDentification number register CIS Card Information Structure CLK Clock signal CMD Command line or SD bus command (if extended CMDXX) Combo Card A card that includes both SDIO and SD memory CRC Cyclic Redundancy Check CS Chip or Card Select CSA Code Storage Area CSD Card Specific Data register DAT[x] Data line where x is in the range of 0 to 3 DSR Driver Stage Register ECC Error Correction Code EMI Electro-Magnetic Interference ESC External Signal Contacts ESD Electro-Static Discharge FAT File Allocation Table FBR Function Basic Registers FIFO First In-First Out buffer Flash a type of multiple time programmable non volatile memory Function An IO device contained within an SDIO card hi-Z A three-state driver in the high-impedance state Interrupt A signal from the SDIO device to the host signaling the need for attention Interrupt Period The times that a card may generate an interrupt signal on the SD bus Legacy Slot SD Slot that supports only the SD 1.01 specification LOW, HIGH binary interface states with defined assignment to a voltage level MBIO Multi-Block IO MMC MultiMedia Card MSB, LSB the Most Significant Bit or Least Significant Bit 28 SDIO卡物理层标准 OCR Operation Conditions Register PCMCIA Personal Computer Memory Card International Association PnP Plug and Play a means to identify an SDIO device and optionally load applications and/or drivers without user intervention R/O Read Only R/W Read or Write RAW Read After Write RCA Relative Card Address register Resume Re-starting the temporarily halted data transfer RFU Reserved for Future Use. Normally Read-Only and set to 0 ROM Read Only Memory RWC Read Wait Control SCR SD Configuration Register SD Secure Digital SDA SD Association SDCLK SD clock signal SDIO Secure Digital I/O SDIO aware A host designed to support the signals and protocol of SDIO devices SPI Serial Peripheral Interface Stuff bit(s) Filling bit(s) to ensure fixed length frames for commands and responses. Suspend Temporarily halting the transfer of data TBD To Be Determined (in the future) Tuple Data blocks in a linked list or chain format VDD + Power supply VSS Power supply ground W/O Write Only WP Write Protect 29 SDIO卡物理层标准 附录A(标准化的) A.1 SD和SPI命令清单 表4和表5中说明SD卡和SDIO设备在SPI和SD模式中都支持的命令。如果一条命令不能识别是强制还是可选择的，那么它就不能由设备支持。 支持命令 SDMEM 系统 SDIO 系统 缩略语 内容 用于从SD到SPI模式的CMD0 GO_IDLE_STATE 强制性 强制性 改变 CMD2 ALL_SEND_CID 强制性 SDIO不支持CID CMD3 SEND_RELATIVE_ADDR 强制性 强制性 CMD4 SET_DSR 可选择 SDIO不支持DSR CMD5 IO_SEND_OP_COND 强制性 CMD7 SELECT/DESELECT_CARD 强制性 强制性 CMD9 SEND_CSD 强制性 SDIO不支持CSD CMD10 SEND_CID 强制性 SDIO不支持CID CMD12 STOP_TRANSMISSION 强制性 强制性 卡状态仅包含SDMEM信CMD13 SEND_STATUS 息 CMD15 GO_INACTIVE_STATE 强制性 强制性 CMD16 SET_BLOCKLEN 强制性 CMD17 READ_SINGLE_BLOCK 强制性 CMD18 READ_MULTIPLE_BLOCK 强制性 CMD24 WRITE_BLOCK 强制性 CMD25 WRITE_MULTIPLE_BLOCK 强制性 CMD27 PROGRAM_CSD 强制性 SDIO不支持CSD CMD28 SET_WRITE_PROT 可选择 CMD29 CLR_WRITE_PROT 可选择 CMD30 SEND_WRITE_PROT 可选择 CMD32 ERASE_WR_BLK_START 强制性 CMD33 ERASE_WR_BLK_END 强制性 30 SDIO卡物理层标准 CMD38 ERASE 强制性 CMD42 LOCK_UNLOCK 可选择 CMD52 IO_RW_DIRECT 强制性 CMD53 IO_RW_EXTENDED 强制性 块模式是可选择的 CMD55 APP_CMD 强制性 CMD56 GEN_CMD 强制性 ACMD6 SET_BUS_WIDTH 强制性 ACMD13 SD_STATUS 强制性 ACMD22 SEND_NUM_WR_BLOCKS 强制性 ACMD23 SET_WR_BLK_ERASE_COUNT 强制性 ACMD41 SD_APP_OP_COND 强制性 ACMD42 SET_CLR_CARD_DETECT 强制性 ACMD51 SEND_SCR 强制性 SDIO不支持SCR 表4 SD模式命令列表 支持命令 SDMEM 系统 SDIO 系统 缩略语 内容 强制性 用于从SD到SPI模式的CMD0 GO_IDLE_STATE 强制性 改变 CMD1 SEND_OP_COND 强制性 CMD5 IO_SEND_OP_COND 强制性 CMD9 SEND_CSD 强制性 SDIO不支持CSD CMD10 SEND_CID 强制性 SDIO不支持CID CMD12 STOP_TRANSMISSION 强制性 强制性 卡状态仅包含SDMEM信CMD13 SEND_STATUS 息 CMD16 SET_BLOCKLEN 强制性 CMD17 READ_SINGLE_BLOCK 强制性 . CMD18 READ_MULTIPLE_BLOCK 强制性 CMD24 WRITE_BLOCK 强制性 CMD25 WRITE_MULTIPLE_BLOCK 强制性 CMD27 PROGRAM_CSD 强制性 SDIO不支持CSD CMD28 SET_WRITE_PROT 可选择 CMD29 CLR_WRITE_PROT 可选择 CMD30 SEND_WRITE_PROT 可选择 31 SDIO卡物理层标准 CMD32 ERASE_WR_BLK_START 强制性 CMD33 ERASE_WR_BLK_END 强制性 CMD38 ERASE 强制性 CMD42 LOCK_UNLOCK 可选择 CMD52 IO_RW_DIRECT 强制性 CMD53 IO_RW_EXTENDED 强制性 块模式是可选择的 CMD55 APP_CMD 强制性 CMD56 GEN_CMD 强制性 CMD58 READ_OCR 强制性 CMD59 CRC_ON_OFF 强制性 强制性 ACMD13 SD_STATUS 强制性 ACMD22 SEND_NUM_WR_BLOCKS 强制性 ACMD23 SET_WR_BLK_ERASE_COUNT 强制性 ACMD41 SD_APP_OP_COND 强制性 ACMD42 SET_CLR_CARD_DETECT 强制性 ACMD51 SEND_SCR 强制性 SCR仅包含SDMEM信息 表5 SPI模式命令列表 32 SDIO卡物理层标准 附录C(有借鉴意义) C.1 SDIO控制器设计举例 图6说明一个SDIO控制器设计的例子。在这一例子中，使用了两个独立的状态机。第一个是总线状态机，这用来与主设备通信和维持总线状态。图7说明这一状态机的状态转换表。第二个状态 interrupts之间的状机用于卡上的通讯和控制功能。这个状态机满足功能控制例如Exec, Ready和 态转换关系。图8是这个状态机例子的状态转换表。 6 SDIO内部状态机例子 图 图7 总线状态机状态转换表 33 SDIO卡物理层标准 图8 功能状态机状态转换表 34