详解sd协议以及裸机和u-boot中的sd卡驱动(1)

1. 引入

1.1 使用场景

对于sd卡的使用，相信大家都已经很是熟悉：

1. 无文件系统

   首先调用初始化函数，然后便可以调用读写函数进行读写扇区的操作，但是更多的使用场景是在文件系统之上。

2. 有文件系统

• pc端，以windows为例：

  将sd卡（或通过usb读卡器）插在电脑的插槽里面，然后出现一个sd卡的盘符，点进去便可以访问里面的文件；

• 开发板：

  将sd卡插在开发板的插槽里面，进入linux根文件系统的shell，执行mount命令挂载在某个目录下，然后进入该目录，便可以访问里面的文件；

1.2 背后原理

那么上述使用过程背后的实现原理是什么呢？为了更形象的讲解，我画了如下的一幅图：

以在开发板中使用为例（不使用DMA）：

• 当我们插上sd卡后，sd卡便通过导线与s3c2440芯片引出的对应管脚相连，而这些引出的管脚最终会接到芯片内部的sd控制器上，

• 当我们需要读sd卡时，

  1. cpu读写sd控制器内部的寄存器，以此来控制其发出各种信号，主要包括读取的地址、大小等；

  2. sd控制器发出的信号通过导线传输到sd卡内部；

  3. sd卡接收到信号，从中解析出要读取的地址以及大小等，并以此读取其内部存储单元，接着将读取到的数据通过相同的路径传回到cpu内部的寄存器；

  4. cpu将获取到的数据通过sdram控制器写入到sdram中，完成此次读操作。

• 当我们需要写sd卡时，

  1. cpu通过sdram控制器读取sdram中存储的需要写入到sd卡中的数据；
  2. cpu读写sd控制器内部的寄存器，以此来控制其发出各种信号，主要包括写入的地址、数据等；
  3. sd控制器发出的信号通过导线传输到sd卡内部；
  4. sd卡接收到信号，从中解析出要写入的地址以及数据等，并将数据写入该地址对应的内部存储单元。

1.3 提出问题

针对上述过程，我们重点关注以下几个问题：

1. sd控制器与sd卡之间如何通过信号来进行数据交换？
2. cpu如何控制sd控制器来发出各种信号？

1.4 回答

1. 对于上述问题1的回答，便是sd协议所规定的内容，具体在第2章进行说明。

2. 对于上述问题2的回答，便是sd驱动的内容，具体在第3章进行说明。

2. sd协议

注：本章关于协议的内容，主要参考自sd协议书以及网络，在此感谢这些不知名的分享者(^_)

现在我们来回答问题1：sd控制器与sd卡之间如何通过信号来进行数据交换？

答案就是：sd协议

1. 首先，通信的第一步需要有源、目的以及媒介，所以，sd协议规定了：

   • sd控制器与sd卡之间相连接的物理线路

   • sd卡的引脚

   • sd卡内部的寄存器，用来保存sd卡本身的一些信息

2. 接着，我们知道，物理线路上传输的肯定是一串二进制的比特流，而要想利用这些比特流进行通信，就必须要对这些比特流进行一定的组织，并且通信双方都应该遵守，为此，sd协议