1. 適用範圍
本文檔爲實現Nuc970平臺的SD驅動總結，提供一些SylixOS SD驅動移植方法的參考。
2. 原理概述
2.1 控制器類型
SD控制器有兩種類型，分爲SD標準控制器(SDHCI)和SD非標準控制器。
SylixOS Base代碼中實現了SDHCI的驅動，但Nuc970的SD控制器是非標準控制器，其功能都需要在BSP中單獨實現。
2.2 命令、應答、數據
SD傳輸過程中會有命令、應答和數據三個概念存在。
命令和應答都是在CMD線上傳輸的，數據在DAT線上進行傳輸。
2.2.1 命令
命令有四種類型：
廣播無應答命令（bc） 此命令SD總線上的各個設備都會接收到。
廣播有應答命令（bcr） 此命令當SD總線上各個設備的CMD線都是獨立時，都會接收到，並且各自獨立的在CMD線上產生應答。
點對點無數據命令（ac） 此命令不會在DAT線上產生數據。
點對點有數據命令（adtc） 此命令會在DAT線上產生數據。
有的命令是可以帶參數的，在SD標準協議中定義瞭如圖 2-1所示的命令，標準協議對每條命令是否可以帶參數、所帶參數的格式、應答類型以及功能都進行了詳細地定義。
圖 2-1 SD標準協議中定義的CMD
2.2.2 應答
應答有五種類型：
（1）R1和R1b
R1和R1b是最常見的應答類型，如圖 2-2所示。R1b較R1不同之處爲應答產生後R1b會在DAT線上產生busy標誌。
圖 2-2 R1和R1b應答
（2）R2
R2應答如圖 2-3所示，用於讀取SD卡中的CID和CSD寄存器，CID和CSD寄存器記錄了SD卡的相關信息。
圖 2-3 R2應答
（3）R3
R3應答如圖 2-4所示，用於讀取SD卡中的OCR寄存器，OCR寄存器記錄了SD卡電壓支持情況。
圖 2-4 R3應答
（4）R6
R6應答如圖 2-5所示，用於獲取SD卡中的RCA，RCA寄存器用於存儲SD卡識別後被設置的16bits卡地址。
圖 2-5 R6應答
（5）R7
R7應答如圖 2-6所示，用於獲取SD卡接口狀態，比如電壓是否處於可兼容狀態。
圖 2-6 R7應答
2.2.3 數據
SD的數據傳輸分爲單塊傳輸和多塊傳輸兩種。
單塊讀取的流程如圖 2-7所示。
圖 2-7單塊讀取流程
多塊讀取的流程如圖 2-8所示。
圖 2-8多塊讀取流程
2.3 SD卡識別流程
SD卡在被插入SD卡槽後，系統會發送一系列的命令對SD卡進行初始化、獲取電壓支持等操作。當SD卡被成功識別後，系統會根據SD卡的CID和CSD讀取出如所示的SD卡信息，如圖 2-9所示。
圖 2-9 SD卡信息
SD卡基本識別流程如圖 2-10所示，識別之後的SD卡會在/dev/blk下創建設備節點sdcard-0。
圖 2-10 SD卡識別流程
2.4 文件系統掛載
SD識別之後，系統會讀取SD卡中的首扇區，其中定義了根目錄入口簇號、FAT表佔用扇區數、文件系統信息扇區號等信息，SD協議棧會根據這些信息讀取到目錄節點、文件節點等信息，並完成文件系統的掛載。
3. 技術實現
3.1 驅動框架
3.1.1 SD總線適配器創建
SD驅動需要首先創建SD總線適配器，如程序清單 3-1所示，創建適配器時需要註冊總線的操作集。
程序清單 3-1 SD總線適配器創建
_G_sdfunc.SDFUNC_pfuncMasterXfer = __sdTransfer;
_G_sdfunc.SDFUNC_pfuncMasterCtl = __sdIoCtl;
iRet = API_SdAdapterCreate(__SDHOST_NAME,&_G_sdfunc);
if (iRet != ERROR_NONE) {
printk("__err2\n");
goto __err2;
}3.1.2 熱插拔檢測
Nuc970的SD控制器在拔插卡之後會產生中斷，所以直接在中斷中判斷SD卡的狀態，並通知系統創建SD存儲設備節點或移除SD存儲設備節點。
3.1.3 SD中斷處理
SD中斷處理邏輯如圖 3-1所示，中斷處理主要包括了以下幾點內容：
傳輸CRC校驗出錯
應答超時出錯
DMA傳輸結束置位
熱插拔狀態檢測
圖 3-1 SD中斷處理流程
3.2 通信流程
通信流程如圖 3-2所示。命令是否發送完成和應答是否產生，Nuc970都只提供了可輪詢檢查的狀態位CO和RI；當有數據進行發送時，同時需要對DO位進行置位；當有數據需要讀取時，同時需要對DI位進行置位。讀寫操作由DMA完成，DMA傳輸結束後會產生中斷。
圖 3-2通信流程
3.3 代碼實現
Nuc970的SD驅動以內核模塊的形式提供，整體的代碼結構如圖 3-3所示。
圖 3-3 SD驅動文件結構
3.3.1 發送命令
發送命令的基本代碼實現如程序清單 3-2所示。
程序清單 3-2發送命令__mciSendCmd
INT __mciSendCmd (PSDIO_DAT psdio)
{
……
__SD_FUNCTION_ENABLE();
uiRegCtl = readl(REG_SDH_CTL)&
(~((BIT_CTL_CMD_CODE_MASK)|
(BIT_CTL_EN_MASK)));
if (psdio->SDIO_bData) {
/*
* 有數據發送
*/
……
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_XFERFINISH_RSPFIN;
} else if(SD_CMD_TEST_RSP((psdio->SDIO_psdcmd), SD_RSP_PRESENT)) {
/*
* 只有應答，沒有數據發送
*/
……
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_RSPFIN;
} else {
/*
* 只發送命令
*/
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_CMDSENT;
}
writel(psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiArg, REG_SDH_CMD); /* 將參數填入命令寄存器 */
uiRegCtl |= (psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiOpcode << 8) | /* 將Opcode填入寄存器 */
(BIT_CTL_CO_EN);
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_CMD_OUT; /* 添加發送命令事件 */
writel(uiRegCtl, REG_SDH_CTL);
__mciWakeupQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 通知事件處理線程 */
return(ERROR_NONE);
} 發送命令之後會喚醒等待事件線程，如程序清單 3-3所示，在此線程中會輪詢相關狀態位，判斷髮送和應答狀態。
程序清單 3-3事件處理線程
#define __WAIT_COMPLETE(ulMsk, x) while (1) { \
if (!(readl(REG_SDH_CTL) & ulMsk)) { \
x = 1; \
break; \
} \
}
static PVOID __mciSdioThread (PVOID pvArg)
{
……
for (;;) {
__mciIoWaitQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 等待事件處理消息 */
……
if (ucEvent & SD_EVENT_CMD_OUT) {
__WAIT_COMPLETE(BIT_CTL_CO_EN, ucCompleted); /* 等待命令發送完成 */
}
……
if (ucCompleted) {
__sdCompletedCommand(psdio, ucEvent); /* 通知事件處理完成 */
}
}
return(LW_NULL);
}3.3.2 接收應答
接收應答需要在調用發送命令之後，只是對於需要產生應答的命令，在發送時同時需要設置應答接收類型和事件，代碼實現如程序清單 3-4所示。
程序清單 3-4發送命令時設置應答
INT __mciSendCmd (PSDIO_DAT psdio)
{
……
__SD_FUNCTION_ENABLE();
……
if (psdio->SDIO_bData) {
/*
* 需要應答
*/
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_RSP_IN;
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_XFERFINISH_RSPFIN;
} else if(SD_CMD_TEST_RSP((psdio->SDIO_psdcmd), SD_RSP_PRESENT)) {
/*
* 需要應答
*/
if ((psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiFlag & SD_RSP_R2) == SD_RSP_R2) {
/*
* 應答類型爲R2
*/
uiRegCtl |= BIT_CTL_R2_EN;
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_RSP2_IN;
} else {
/*
* 應答類型爲R1
*/
uiRegCtl |= BIT_CTL_RI_EN;
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_RSP_IN;
}
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_RSPFIN;
} else {
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_CMDSENT;
}
…… /* 發送命令 */
__mciWakeupQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 通知事件處理線程 */
return(ERROR_NONE);
} 同樣，在事件處理線程中需要對應答狀態進行輪詢，如程序清單 3-5所示。
程序清單 3-5事件處理線程處理應答
static PVOID __mciSdioThread (PVOID pvArg)
{
……
for (;;) {
__mciIoWaitQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 等待事件處理消息 */
……
if (ucEvent & SD_EVENT_RSP_IN) { /* 應答類型R1 */
……
while(1) {
if (!(readl(REG_SDH_CTL) & BIT_CTL_RI_EN)) { /* 等待應答 */
ucCompleted =1;
break;
}
if (readl(REG_SDH_INTSTS) & BIT_INTSTS_RITO_IF) { /* 傳輸超時 */
……
break;
}
}
}
if (ucEvent & SD_EVENT_RSP2_IN) { /* 應答類型R2 */
__WAIT_COMPLETE(BIT_CTL_R2_EN, ucCompleted);
}
……
if (ucCompleted) {
__sdCompletedCommand(psdio, ucEvent); /* 通知事件處理完成 */
}
}
return(LW_NULL);
} 當應答狀態位被置位後，就可以調用如程序清單 3-6所示代碼，讀取出應答的內容。
程序清單 3-6應答產生後調用
static VOID __sdCompletedCommand(PSDIO_DAT psdio, UINT8 ucEvent)
{
……
UINT32 uiIntSts = readl(REG_SDH_INTSTS);
if (uiIntSts & BIT_INTSTS_RITO_IF) {
writel(BIT_INTSTS_RITO_IF, REG_SDH_INTSTS);
……
}
if (psdio->SDIO_eCompleteWhat == COMPLETION_RSPFIN ||
psdio->SDIO_eCompleteWhat == COMPLETION_XFERFINISH_RSPFIN) {
if (ucEvent & SD_EVENT_RSP_IN) {
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[0] = (readl(REG_SDH_RESP0) << 8) |
(readl(REG_SDH_RESP1) & 0xff);
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[1] = 0;
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[2] = 0;
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[3] = 0;
} else if (ucEvent & SD_EVENT_RSP2_IN) {
pucPtr = (UINT8 *)REG_SDH_FB0;
for (i = 0, j = 0; j < 5; i += 4, j++) {
uiTmp[j] = (*(pucPtr + i) << 24) |
(*(pucPtr + i + 1) << 16) |
(*(pucPtr + i + 2) << 8) |
(*(pucPtr + i + 3));
}
for (i = 0; i < 4; i++) {
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[i] = ((uiTmp[i] & 0x00ffffff) << 8) |
((uiTmp[i + 1] & 0xff000000) >> 24);
}
}
}
……
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_NONE;
__mciRequestDone(psdio);
}3.3.3 讀取和寫入數據
在數據讀寫之前需要配置DMA傳輸的塊大小，如程序清單 3-7所示。
程序清單 3-7數據傳輸前準備
static INT __sendDataPrepare (PSDIO_DAT psdio)
{
……
/*
* 設置塊傳輸的塊大小
*/
uiBlkSiz = psdio->SDIO_psddata->SDDAT_uiBlkSize;
uiBlkLen = psdio->SDIO_psddata->SDDAT_uiBlkNum;
writel(uiBlkSiz - 1, REG_SDH_BLEN);
if ((uiBlkSiz > 512) || (uiBlkLen >= 256)) {
printk("ERROR: don't support read/write 256 blocks in on CMD\n");
} else {
uiRegCtl = readl(REG_SDH_CTL) & ~0x00ff0000;
uiRegCtl |= (uiBlkLen << 16);
writel(uiRegCtl, REG_SDH_CTL);
}
/*
* 設置DMA傳輸基址
*/
writel((UINT32)psdio->SDIO_puiBuf, REG_SDH_DMASA);
return(ERROR_NONE);
}4. 總結
本文章結合Nuc970說明了SylixOS中非標SD驅動移植的方法，標準SD驅動實現方法可能和本文介紹內容差異較大。