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【GD32H757Z海棠派使用手册】第十二讲 SDIO-SD卡读写实验

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12.1 实验内容
通过本实验主要学习以下内容:
• SDIO操作原理
• SD卡读写实现
12.2 实验原理
SD卡是一种主要以Nand Flash作为存储介质,具有体积小、数据传输速度快以及支持热插拔的优点。如今,已被广泛应用于数码相机、便携式移动设备以及手机等多种设备中。SD卡的驱动一般有SPI接口或SDIO接口,本例程介绍使用GD32F4xxSDIO接口驱动SD卡的实现。
12.2.1 SD卡基础知识
SD:secure digital memory card是一种安全存储器件。属性是快闪存储器(flash eeprom),功能用来存储数据。
SD卡虽然是薄薄的一片,但是它并不是一个整体,而是由大量的集成电路组成。SD卡的内部结构如下图所示,主要由信号端子,接口控制器和存储区组成。
SD卡主要有两种模式,SD模式和SPI模式。不同模式下,接口定义不同。下面是SD卡的引脚。
两种模式的接口定义如下
SD模式中,主要由VCC(电源)VSS(GND)CLK(时钟,由主控提供)CMD(命令)DAT0-3(数据输入输出),由6线制组成进行通信。SPI模式,主要采用4线制通信,除了电源地外,由MISOMOSICLKCS组成。下面简单介绍SD模式的操作。
要驱动SD卡工作,主要涉及两个步骤。第一个步骤是SD卡的识别过程。第二个步骤是对SD卡进行读写过程,即主机控制器和SD卡之间进行数据传输的过程。
要使SD卡能正常工作,一是要给SD卡供给稳定的电压,二是要SD卡按用户规定的方式工作。这两项工作的实现,都是主机控制器通过给SD卡发送控制命令来实现的。
主机(SDIO控制器)要驱动SD卡工作,要使用许多的命令,包括应用层命令ACMD 和 通用命令 CMD. 主机(SDIO控制器)把命令发送给SD卡,SD卡会作出回应,这里的回应叫做响应,响应命令分为6类,分别是R1R1bR2R3R6R7。主机(SDIO控制器)给SD卡发送命令之后,SD卡会作出响应,响应中包含主机(SDIO控制器)需要的数据,这些数据有SD的信息,容量,和存储数据等等。上面已经提到了,SD卡工作,主要是识别和数据传输,它的识别过程有些复杂,写代码的时候,可以参考协议给的初始化流程图。数据传输包括读和写,单字节和多字节读写。下两节描述识别初始化流程图和数据读写时序图。
1、读写数据的时序图
SDIOSD卡通信一般以数据块的形式进行传输,SDIO()数据块读操作,如下图所示。
SDIO()数据块写操作,如下图所示。
2、命令格式
SDIO所有的命令和响应都是在SDIO_CMD引脚上面传输的,命令长度固定为48位,SDIO命令格式如下表所示。
3、寄存器
SDIO控制器的寄存器,主要设置SDIO控制器和命令的索引与参数。SD卡有5个寄存器CID,RCA,CSD,SCR.OCRSD卡的信息从SD卡寄存器中获取。
SD卡正常工作,就是根据SD卡初始化流程图,发送命令,收到回复,直到流程结束。传输数据,也是根据读写时序图,将要发送的数据放进命令中发送出去。
12.2.2 SDIO模块原理
SDIO为安全的数字输入输出接口,可以用于驱动SD卡、EMMC等,主要特征如下:
◼ e*MMC: 与多媒体卡系统规格书 V4.2 及之前的版本全兼容。有三种不同的数据总线模式:1 (默认)4 位和 8 位;
◼ SD 卡: 与SD 存储卡规格版本3.0 全兼容;
◼ SD I/O: 与 SD I/O 卡规格版本 3.0 全兼容,有两种不同的数据总线模式: 1 (默认)4位(包括SDRDDR);
◼ 104MHz 数据传输频率和8 位数据传输模式;
中断和 DMA 请求;
数据传输支持 DDR 模式。  
SDIO模块结构框图如下所示。主要包括以下三个部分:SDIO 适配器:由控制单元、命令单元和数据单元组成,控制单元管理时钟信号,命令单元管理命令的传输,数据单元管理数据的传输; AHB 接口:包括通过 AHB 总线访问的寄存器、用于数据传输的 FIFO 单元以及产生中断和 DMA 请求信号; 内部 DMAIDMA)以及 AHB 主机接口  。
SDIO模块可以实现对SD卡的完全驱动以及协议的实现,包括命令、响应等相关操作,本例程实现使用SDIO驱动SD卡初始化以及读写测试等相关操作,具体实现可以参考GD32H7用户手册以及代码解析等。
12.3 硬件设计
SD卡相关硬件电路如下图所示,实验板上具有SD卡卡座,信号线上有四根数据线,一根CMD命令线以及一根CLK时钟线,所有信号线通过10K电阻进行上拉,电源地信号线具有10uf以及100nf电容,SD卡插入时,金属接触点朝下插入。
12.4 代码解析
12.4.1 SDIO初始化配置函数
SDIO初始化配置在sd_io_init()函数中,其中包括sd_init()初始化、sd_card_information_get()SD卡信息获取、sd_card_select_deselect()SD卡选择、sd_cardstatus_get()SD卡状态获取、sd_bus_mode_config()SD卡总线宽度配置以及sd_transfer_mode_config()SD卡通信模式配置,历程中选择了4线查询模式。
C
sd_error_enum sd_io_init(void)
{
    sd_error_enum status = SD_OK;
    uint32_t cardstate = 0;

    status = sd_init();
    if(SD_OK == status) {
        status = sd_card_information_get(&sd_cardinfo);
    }
    if(SD_OK == status) {
        status = sd_card_select_deselect(sd_cardinfo.card_rca);
    }
    status = sd_cardstatus_get(&cardstate);
    if(cardstate & 0x02000000) {
        printf_log("\r\n the card is locked!");

        status = sd_lock_unlock(SD_UNLOCK);
        if(status != SD_OK) {
            return SD_LOCK_UNLOCK_FAILED;
        } else {
            printf_log("\r\n the card is unlocked successfully!");
        }
    }

    if((SD_OK == status) && (!(cardstate & 0x02000000))) {
        /* set bus mode */
#if (SDIO_BUSMODE == BUSMODE_4BIT)
        status = sd_bus_mode_config(SDIO_BUSMODE_4BIT, SDIO_SPEEDMODE);
#else
        status = sd_bus_mode_config(SDIO_BUSMODE_1BIT, SDIO_SPEEDMODE);
#endif
    }

#ifdef USE_18V_SWITCH
    if(SD_OK == status) {
        /* UHS-I Hosts can perform sampling point tuning using tuning command   */
        status = sd_tuning();
    }
#endif /* USE_18V_SWITCH */

    if(SD_OK == status) {
        /* set data transfer mode */
        /* if use 1.8V high speed mode, please select the DMA mode */
        status = sd_transfer_mode_config(SDIO_DTMODE);
    }
    return status;
}
12.4.2 获取SD卡信息函数
获取SD卡信息的函数如下所示,card_info_get()。
C
void card_info_get(void)
{
    uint8_t sd_spec, sd_spec3, sd_spec4, sd_security;
    uint32_t block_count, block_size;
    uint16_t temp_ccc;
    printf_log("\r\n Card information:");
    sd_spec = (sd_scr[1] & 0x0F000000) >> 24;
    sd_spec3 = (sd_scr[1] & 0x00008000) >> 15;
    sd_spec4 = (sd_scr[1] & 0x00000400) >> 10;
    if(2 == sd_spec) {
        if(1 == sd_spec3) {
            if(1 == sd_spec4) {
                printf_log("\r\n## Card version 4.xx ##");
            } else {
                printf_log("\r\n## Card version 3.0x ##");
            }
        } else {
            printf_log("\r\n## Card version 2.00 ##");
        }
    } else if(1 == sd_spec) {
        printf_log("\r\n## Card version 1.10 ##");
    } else if(0 == sd_spec) {
        printf_log("\r\n## Card version 1.0x ##");
    }

    sd_security = (sd_scr[1] & 0x00700000) >> 20;
    if(2 == sd_security) {
        printf_log("\r\n## security v1.01 ##");
    } else if(3 == sd_security) {
        printf_log("\r\n## security v2.00 ##");
    } else if(4 == sd_security) {
        printf_log("\r\n## security v3.00 ##");
    }

    block_count = (sd_cardinfo.card_csd.c_size + 1) * 1024;
    block_size = 512;
    printf_log("\r\n## Device size is %dKB ##", sd_card_capacity_get());
    printf_log("\r\n## Block size is %dB ##", block_size);
    printf_log("\r\n## Block count is %d ##", block_count);

    if(sd_cardinfo.card_csd.read_bl_partial) {
        printf_log("\r\n## Partial blocks for read allowed ##");
    }
    if(sd_cardinfo.card_csd.write_bl_partial) {
        printf_log("\r\n## Partial blocks for write allowed ##");
    }
    temp_ccc = sd_cardinfo.card_csd.ccc;
    printf_log("\r\n## CardCommandClasses is: %x ##", temp_ccc);
    if((SD_CCC_BLOCK_READ & temp_ccc) && (SD_CCC_BLOCK_WRITE & temp_ccc)) {
        printf_log("\r\n## Block operation supported ##");
    }
    if(SD_CCC_ERASE & temp_ccc) {
        printf_log("\r\n## Erase supported ##");
    }
    if(SD_CCC_WRITE_PROTECTION & temp_ccc) {
        printf_log("\r\n## Write protection supported ##");
    }
    if(SD_CCC_LOCK_CARD & temp_ccc) {
        printf_log("\r\n## Lock unlock supported ##");
    }
    if(SD_CCC_APPLICATION_SPECIFIC & temp_ccc) {
        printf_log("\r\n## Application specific supported ##");
    }
    if(SD_CCC_IO_MODE & temp_ccc) {
        printf_log("\r\n## I/O mode supported ##");
    }
    if(SD_CCC_SWITCH & temp_ccc) {
        printf_log("\r\n## Switch function supported ##");
    }
}
12.4.3 SD卡数据块写入函数
SD卡数据块写入函数如下所示,通过该函数可实现SD卡数据块的数据写入。
C
sd_error_enum sd_block_write(uint32_t *pwritebuffer, uint32_t writeaddr, uint16_t blocksize)
{
    /* initialize the variables */
    sd_error_enum status = SD_OK;
    uint8_t cardstate = 0U;
    uint32_t count = 0U, align = 0U, datablksize = SDIO_DATABLOCKSIZE_1BYTE, *ptempbuff = pwritebuffer;
    uint32_t transbytes = 0U, restwords = 0U, response = 0U;
    __IO uint32_t timeout = 0U;

    if(NULL == pwritebuffer) {
        status = SD_PARAMETER_INVALID;
        return status;
    }

    transerror = SD_OK;
    transend = 0U;
    totalnumber_bytes = 0U;
    /* clear all DSM configuration */
    sdio_data_config(SDIO, 0U, 0U, SDIO_DATABLOCKSIZE_1BYTE);
    sdio_data_transfer_config(SDIO, SDIO_TRANSMODE_BLOCKCOUNT, SDIO_TRANSDIRECTION_TOCARD);
    sdio_dsm_disable(SDIO);
    sdio_idma_disable(SDIO);

    /* check whether the card is locked */
    if(sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0) & SD_CARDSTATE_LOCKED) {
        status = SD_LOCK_UNLOCK_FAILED;
        return status;
    }

    /* blocksize is fixed in 512B for SDHC card */
    if(SDIO_HIGH_CAPACITY_SD_CARD != cardtype) {
        writeaddr *= 512U;
    } else {
        blocksize = 512U;
    }

    align = blocksize & (blocksize - 1U);
    if((blocksize > 0U) && (blocksize <= 2048U) && (0U == align)) {
        datablksize = sd_datablocksize_get(blocksize);
        /* send CMD16(SET_BLOCKLEN) to set the block length */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_SET_BLOCKLEN, (uint32_t)blocksize, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);

        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_SET_BLOCKLEN);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }
    } else {
        status = SD_PARAMETER_INVALID;
        return status;
    }

    /* send CMD13(SEND_STATUS), addressed card sends its status registers */
    sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_SEND_STATUS, (uint32_t)sd_rca << SD_RCA_SHIFT, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
    sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
    sdio_csm_enable(SDIO);
    /* check if some error occurs */
    status = r1_error_check(SD_CMD_SEND_STATUS);
    if(SD_OK != status) {
        return status;
    }

    response = sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0);
    timeout = 100000U;

    while((0U == (response & SD_R1_READY_FOR_DATA)) && (timeout > 0U)) {
        /* continue to send CMD13 to polling the state of card until buffer empty or timeout */
        --timeout;
        /* send CMD13(SEND_STATUS), addressed card sends its status registers */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_SEND_STATUS, (uint32_t)sd_rca << SD_RCA_SHIFT, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_SEND_STATUS);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }
        response = sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0);
    }
    if(0U == timeout) {
        return SD_ERROR;
    }

    stopcondition = 0U;
    totalnumber_bytes = blocksize;

    /* configure the SDIO data transmisson */
    sdio_data_config(SDIO, SD_DATATIMEOUT, totalnumber_bytes, datablksize);
    sdio_data_transfer_config(SDIO, SDIO_TRANSMODE_BLOCKCOUNT, SDIO_TRANSDIRECTION_TOCARD);
    sdio_trans_start_enable(SDIO);

    if(SD_POLLING_MODE == transmode) {
        /* send CMD24(WRITE_BLOCK) to write a block */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_WRITE_BLOCK, writeaddr, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_WRITE_BLOCK);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }

        /* polling mode */
        while(!sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR | SDIO_FLAG_DTTMOUT | SDIO_FLAG_TXURE | SDIO_FLAG_DTBLKEND | SDIO_FLAG_DTEND)) {
            if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_TFH)) {
                /* at least 8 words can be written into the FIFO */
                if((totalnumber_bytes - transbytes) < SD_FIFOHALF_BYTES) {
                    restwords = (totalnumber_bytes - transbytes) / 4U + (((totalnumber_bytes - transbytes) % 4U == 0U) ? 0U : 1U);
                    for(count = 0U; count < restwords; count++) {
                        sdio_data_write(SDIO, *ptempbuff);
                        ++ptempbuff;
                        transbytes += 4U;
                    }
                } else {
                    for(count = 0U; count < SD_FIFOHALF_WORDS; count++) {
                        sdio_data_write(SDIO, *(ptempbuff + count));
                    }
                    /* 8 words(32 bytes) has been transferred */
                    ptempbuff += SD_FIFOHALF_WORDS;
                    transbytes += SD_FIFOHALF_BYTES;
                }
            }
        }
        sdio_trans_start_disable(SDIO);
        /* whether some error occurs and return it */
        if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR)) {
            status = SD_DATA_CRC_ERROR;
            sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR);
            return status;
        } else if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTTMOUT)) {
            status = SD_DATA_TIMEOUT;
            sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_DTTMOUT);
            return status;
        } else if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_TXURE)) {
            status = SD_TX_UNDERRUN_ERROR;
            sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_TXURE);
            return status;
        } else {
            /* if else end */
        }

    } else if(SD_DMA_MODE == transmode) {
        /* DMA mode */
        /* enable the SDIO corresponding interrupts and DMA */
        sdio_interrupt_enable(SDIO, SDIO_INT_DTCRCERR | SDIO_INT_DTTMOUT | SDIO_INT_TXURE | SDIO_INT_DTEND);
        dma_config(pwritebuffer, (uint32_t)(blocksize >> 5));
        sdio_idma_enable(SDIO);

        /* send CMD24(WRITE_BLOCK) to write a block */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_WRITE_BLOCK, writeaddr, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_WRITE_BLOCK);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }

        while((0U == transend) && (SD_OK == transerror)) {
        }

        if(SD_OK != transerror) {
            return transerror;
        }
    } else {
        status = SD_PARAMETER_INVALID;
        return status;
    }

    /* clear the DATA_FLAGS flags */
    sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_MASK_DATA_FLAGS);
    /* get the card state and wait the card is out of programming and receiving state */
    status = sd_card_state_get(&cardstate);
    while((SD_OK == status) && ((SD_CARDSTATE_PROGRAMMING == cardstate) || (SD_CARDSTATE_RECEIVING == cardstate))) {
        status = sd_card_state_get(&cardstate);
    }
    return status;
}
12.4.4 SD卡数据块读取函数
SD卡数据块读取函数如下所示。
C
sd_error_enum sd_block_read(uint32_t *preadbuffer, uint32_t readaddr, uint16_t blocksize)
{
    /* initialize the variables */
    sd_error_enum status = SD_OK;
    uint32_t count = 0U, align = 0U, datablksize = SDIO_DATABLOCKSIZE_1BYTE, *ptempbuff = preadbuffer;
    __IO uint32_t timeout = 0U;

    if(NULL == preadbuffer) {
        status = SD_PARAMETER_INVALID;
        return status;
    }

    transerror = SD_OK;
    transend = 0U;
    totalnumber_bytes = 0U;
    /* clear all DSM configuration */
    sdio_data_config(SDIO, 0U, 0U, SDIO_DATABLOCKSIZE_1BYTE);
    sdio_data_transfer_config(SDIO, SDIO_TRANSMODE_BLOCKCOUNT, SDIO_TRANSDIRECTION_TOCARD);
    sdio_dsm_disable(SDIO);
    sdio_idma_disable(SDIO);

    /* check whether the card is locked */
    if(sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0) & SD_CARDSTATE_LOCKED) {
        status = SD_LOCK_UNLOCK_FAILED;
        return status;
    }

    /* blocksize is fixed in 512B for SDHC card */
    if(SDIO_HIGH_CAPACITY_SD_CARD != cardtype) {
        readaddr *= 512U;
    } else {
        blocksize = 512U;
    }

    align = blocksize & (blocksize - 1U);

    if((blocksize > 0U) && (blocksize <= 2048U) && (0U == align)) {
        datablksize = sd_datablocksize_get(blocksize);
        /* send CMD16(SET_BLOCKLEN) to set the block length */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_SET_BLOCKLEN, (uint32_t)blocksize, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);

        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_SET_BLOCKLEN);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }
    } else {
        status = SD_PARAMETER_INVALID;
        return status;
    }

    stopcondition = 0U;
    totalnumber_bytes = (uint32_t)blocksize;

    if(SD_POLLING_MODE == transmode) {

        /* configure SDIO data transmisson */
        sdio_data_config(SDIO, SD_DATATIMEOUT, totalnumber_bytes, datablksize);
        sdio_data_transfer_config(SDIO, SDIO_TRANSMODE_BLOCKCOUNT, SDIO_TRANSDIRECTION_TOSDIO);
        sdio_trans_start_enable(SDIO);


        /* send CMD17(READ_SINGLE_BLOCK) to read a block */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK, (uint32_t)readaddr, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }

        /* polling mode */
        while(!sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR | SDIO_FLAG_DTTMOUT | SDIO_FLAG_RXORE | SDIO_FLAG_DTBLKEND | SDIO_FLAG_DTEND)) {
            if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_RFH)) {
                /* at least 8 words can be read in the FIFO */
                for(count = 0U; count < SD_FIFOHALF_WORDS; count++) {
                    *(ptempbuff + count) = sdio_data_read(SDIO);
                }
                ptempbuff += SD_FIFOHALF_WORDS;
            }
        }

        sdio_trans_start_disable(SDIO);

        /* whether some error occurs and return it */
        if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR)) {
            status = SD_DATA_CRC_ERROR;
            sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR);
            return status;
        } else if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTTMOUT)) {
            status = SD_DATA_TIMEOUT;
            sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_DTTMOUT);
            return status;
        } else if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_RXORE)) {
            status = SD_RX_OVERRUN_ERROR;
            sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_RXORE);
            return status;
        } else {
            /* if else end */
        }

        while((SET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_RFE)) && (SET == sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DATSTA))) {
            *ptempbuff = sdio_data_read(SDIO);
            ++ptempbuff;
        }
        /* clear the DATA_FLAGS flags */
        sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_MASK_DATA_FLAGS);
    } else if(SD_DMA_MODE == transmode) {
        /* DMA mode */
        /* enable the SDIO corresponding interrupts and DMA function */
        sdio_interrupt_enable(SDIO, SDIO_INT_CCRCERR | SDIO_INT_DTTMOUT | SDIO_INT_RXORE | SDIO_INT_DTEND);
        dma_config(preadbuffer, (uint32_t)(blocksize >> 5));
        sdio_idma_enable(SDIO);

        /* configure SDIO data transmisson */
        sdio_data_config(SDIO, SD_DATATIMEOUT, totalnumber_bytes, datablksize);
        sdio_data_transfer_config(SDIO, SDIO_TRANSMODE_BLOCKCOUNT, SDIO_TRANSDIRECTION_TOSDIO);
        sdio_trans_start_enable(SDIO);

        /* send CMD17(READ_SINGLE_BLOCK) to read a block */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK, (uint32_t)readaddr, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }

        while((0U == transend) && (SD_OK == transerror)) {
        }
        if(SD_OK != transerror) {
            return transerror;
        }
    } else {
        status = SD_PARAMETER_INVALID;
    }
    return status;
}
12.4.5 SDlockunlock配置函数
SDlockunlock配置函数如下所示。通过形参实现对SD卡的lockunlock,若希望lock SD卡,lcokstate配置为SD_LOCK;若希望unlock SD卡,lockstate配置为SD_UNLOCK.
C
sd_error_enum sd_lock_unlock(uint8_t lockstate)
{
    sd_error_enum status = SD_OK;
    uint8_t cardstate = 0U, tempbyte = 0U;
    uint32_t pwd1 = 0U, pwd2 = 0U, response = 0U, timeout = 0U;
    uint16_t tempccc = 0U;

    /* get the card command classes from CSD */
    tempbyte = (uint8_t)((sd_csd[1] & SD_MASK_24_31BITS) >> 24U);
    tempccc = ((uint16_t)tempbyte << 4U);
    tempbyte = (uint8_t)((sd_csd[1] & SD_MASK_16_23BITS) >> 16U);
    tempccc |= (((uint16_t)tempbyte & 0xF0U) >> 4U);

    if(0U == (tempccc & SD_CCC_LOCK_CARD)) {
        /* don't support the lock command */
        status = SD_FUNCTION_UNSUPPORTED;
        return status;
    }
    /* password pattern */
    pwd1 = (0x01020600U | lockstate);
    pwd2 = 0x03040506U;

    /* clear all DSM configuration */
    sdio_data_config(SDIO, 0U, 0U, SDIO_DATABLOCKSIZE_1BYTE);
    sdio_data_transfer_config(SDIO, SDIO_TRANSMODE_BLOCKCOUNT, SDIO_TRANSDIRECTION_TOCARD);
    sdio_dsm_disable(SDIO);
    sdio_idma_disable(SDIO);

    /* send CMD16(SET_BLOCKLEN) to set the block length */
    sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_SET_BLOCKLEN, (uint32_t)8U, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
    sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
    sdio_csm_enable(SDIO);
    /* check if some error occurs */
    status = r1_error_check(SD_CMD_SET_BLOCKLEN);
    if(SD_OK != status) {
        return status;
    }

    /* send CMD13(SEND_STATUS), addressed card sends its status register */
    sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_SEND_STATUS, (uint32_t)sd_rca << SD_RCA_SHIFT, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
    sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
    sdio_csm_enable(SDIO);
    /* check if some error occurs */
    status = r1_error_check(SD_CMD_SEND_STATUS);
    if(SD_OK != status) {
        return status;
    }

    response = sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0);
    timeout = 100000U;
    while((0U == (response & SD_R1_READY_FOR_DATA)) && (timeout > 0U)) {
        /* continue to send CMD13 to polling the state of card until buffer empty or timeout */
        --timeout;
        /* send CMD13(SEND_STATUS), addressed card sends its status registers */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_SEND_STATUS, (uint32_t)sd_rca << SD_RCA_SHIFT, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_SEND_STATUS);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }
        response = sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0);
    }
    if(0U == timeout) {
        status = SD_ERROR;
        return status;
    }

    /* send CMD42(LOCK_UNLOCK) to set/reset the password or lock/unlock the card */
    sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_LOCK_UNLOCK, (uint32_t)0x0, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
    sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
    sdio_csm_enable(SDIO);
    /* check if some error occurs */
    status = r1_error_check(SD_CMD_LOCK_UNLOCK);
    if(SD_OK != status) {
        return status;
    }

    response = sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0);

    /* configure the SDIO data transmisson */
    sdio_data_config(SDIO, SD_DATATIMEOUT, (uint32_t)8, SDIO_DATABLOCKSIZE_8BYTES);
    sdio_data_transfer_config(SDIO, SDIO_TRANSMODE_BLOCKCOUNT, SDIO_TRANSDIRECTION_TOCARD);
    sdio_dsm_enable(SDIO);

    /* write password pattern */
    sdio_data_write(SDIO, pwd1);
    sdio_data_write(SDIO, pwd2);

    /* whether some error occurs and return it */
    if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR)) {
        status = SD_DATA_CRC_ERROR;
        sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_DTCRCERR);
        return status;
    } else if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_DTTMOUT)) {
        status = SD_DATA_TIMEOUT;
        sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_DTTMOUT);
        return status;
    } else if(RESET != sdio_flag_get(SDIO, SDIO_FLAG_TXURE)) {
        status = SD_TX_UNDERRUN_ERROR;
        sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_FLAG_TXURE);
        return status;
    } else {
        /* if else end */
    }

    /* clear the SDIO_INTC flags */
    sdio_flag_clear(SDIO, SDIO_MASK_INTC_FLAGS);
    /* get the card state and wait the card is out of programming and receiving state */
    status = sd_card_state_get(&cardstate);
    while((SD_OK == status) && ((SD_CARDSTATE_PROGRAMMING == cardstate) || (SD_CARDSTATE_RECEIVING == cardstate))) {
        status = sd_card_state_get(&cardstate);
    }
    return status;
}
12.4.6 SDerase擦除操作函数
SD卡擦除操作函数如下,其形参为擦除起始地址以及结束地址。
C
sd_error_enum sd_erase(uint32_t startaddr, uint32_t endaddr)
{
    /* initialize the variables */
    sd_error_enum status = SD_OK;
    uint32_t count = 0U, clkdiv = 0U;
    __IO uint32_t delay = 0U;
    uint8_t cardstate = 0U, tempbyte = 0U;
    uint16_t tempccc = 0U;

    /* get the card command classes from CSD */
    tempbyte = (uint8_t)((sd_csd[1] & SD_MASK_24_31BITS) >> 24U);
    tempccc = (uint16_t)((uint16_t)tempbyte << 4U);
    tempbyte = (uint8_t)((sd_csd[1] & SD_MASK_16_23BITS) >> 16U);
    tempccc |= ((uint16_t)tempbyte & 0xF0U) >> 4U;
    if(0U == (tempccc & SD_CCC_ERASE)) {
        /* don't support the erase command */
        status = SD_FUNCTION_UNSUPPORTED;
        return status;
    }
    clkdiv = (SDIO_CLKCTL(SDIO) & SDIO_CLKCTL_DIV);
    clkdiv *= 2U;
    delay = 168000U / clkdiv;

    /* check whether the card is locked */
    if(sdio_response_get(SDIO, SDIO_RESPONSE0) & SD_CARDSTATE_LOCKED) {
        status = SD_LOCK_UNLOCK_FAILED;
        return(status);
    }

    /* blocksize is fixed in 512B for SDHC card */
    if(SDIO_HIGH_CAPACITY_SD_CARD != cardtype) {
        startaddr *= 512U;
        endaddr *= 512U;
    }

    if((SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V1_1 == cardtype) || (SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V2_0 == cardtype) ||
            (SDIO_HIGH_CAPACITY_SD_CARD == cardtype)) {
        /* send CMD32(ERASE_WR_BLK_START) to set the address of the first write block to be erased */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_ERASE_WR_BLK_START, startaddr, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_ERASE_WR_BLK_START);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }

        /* send CMD33(ERASE_WR_BLK_END) to set the address of the last write block of the continuous range to be erased */
        sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_ERASE_WR_BLK_END, endaddr, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
        sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
        sdio_csm_enable(SDIO);
        /* check if some error occurs */
        status = r1_error_check(SD_CMD_ERASE_WR_BLK_END);
        if(SD_OK != status) {
            return status;
        }
    }

    /* send CMD38(ERASE) to set the address of the first write block to be erased */
    sdio_command_response_config(SDIO, SD_CMD_ERASE, (uint32_t)0x0, SDIO_RESPONSETYPE_SHORT);
    sdio_wait_type_set(SDIO, SDIO_WAITTYPE_NO);
    sdio_csm_enable(SDIO);
    /* check if some error occurs */
    status = r1_error_check(SD_CMD_ERASE);
    if(SD_OK != status) {
        return status;
    }
    /* loop until the counter is reach to the calculated time */
    for(count = 0U; count < delay; count++) {
    }
    /* get the card state and wait the card is out of programming and receiving state */
    status = sd_card_state_get(&cardstate);
    while((SD_OK == status) && ((SD_CARDSTATE_PROGRAMMING == cardstate) || (SD_CARDSTATE_RECEIVING == cardstate))) {
        status = sd_card_state_get(&cardstate);
    }
    return status;
}
12.4.7 主函数
SD卡主函数如下,可实现对SD卡的擦写读以及加锁解锁操作。
C
int main()
{
    sd_error_enum sd_error;
    Drv_Err state = DRV_ERROR;

    uint16_t i = 5;
#ifdef DATA_PRINT
    uint8_t *pdata;
#endif /* DATA_PRINT */

    /* enable the CPU Cache */
    driver_init();

    /* configure the NVIC and USART */
    nvic_config();
   
    bsp_led_group_init();

    /* turn off all the LEDs */
    bsp_led_off(&LED1);
    bsp_led_off(&LED2);

    /* initialize the card */                  
    do {
        sd_error = sd_io_init();
    } while((SD_OK != sd_error) && (--i));

    if(i) {
        printf_log("\r\n Card init success!\r\n");
    } else {
        printf_log("\r\n Card init failed!\r\n");
        /* turn on LED1, LED2 */
        bsp_led_on(&LED1);
        bsp_led_on(&LED2);
        while(1) {
        }
    }

    /* get the information of the card and print it out by USART */
    card_info_get();


    /* init the write buffer */
    for(i = 0; i < 512; i++) {
        buf_write[i] = i;
    }

    /* clean and invalidate buffer in D-Cache */
    SCB_CleanInvalidateDCache_by_Addr(buf_write, 512 * 4);

    printf_log("\r\n\r\n Card test:");
    /* single block operation test */
    sd_error = sd_block_write(buf_write, 100, 512);
    if(SD_OK != sd_error) {
        printf_log("\r\n Block write fail!");
        /* turn on LED1, LED2 */
        bsp_led_on(&LED1);
        bsp_led_on(&LED2);
        while(1) {
        }
    } else {
        printf_log("\r\n Block write success!");
    }

    sd_error = sd_block_read(buf_read, 100, 512);
    if(SD_OK != sd_error) {
        printf_log("\r\n Block read fail!");
        /* turn on LED1, LED2 */
        bsp_led_on(&LED1);
        bsp_led_on(&LED2);
        while(1) {
        }
    } else {
        printf_log("\r\n Block read success!");
#ifdef DATA_PRINT
        SCB_CleanInvalidateDCache_by_Addr(buf_read, 512 * 4);
        pdata = (uint8_t *)buf_read;
        /* print data by USART */
        printf_log("\r\n");
        for(i = 0; i < 128; i++) {
            printf_log(" %3d %3d %3d %3d ", *pdata, *(pdata + 1), *(pdata + 2), *(pdata + 3));
            pdata += 4;
            if(0 == (i + 1) % 4) {
                printf_log("\r\n");
            }
        }
#endif /* DATA_PRINT */
    }

    /* compare the write date and the read data */
    state = memory_compare((uint8_t *)buf_write, (uint8_t *)buf_read, 128*4);
    if(SUCCESS == state) {
        printf_log("\r\n Single block read compare successfully!");
    } else {
        printf_log("\r\n Single block read compare fail!");
        /* turn on LED1, LED2 */
        bsp_led_on(&LED1);
        bsp_led_on(&LED2);
        while(1) {
        }
    }

    /* lock and unlock operation test */
    if(SD_CCC_LOCK_CARD & sd_cardinfo.card_csd.ccc) {
        /* lock the card */
        sd_error = sd_lock_unlock(SD_LOCK);
        if(SD_OK != sd_error) {
            printf_log("\r\n Lock failed!");
            /* turn on LED1, LED2 */
            bsp_led_on(&LED1);
            bsp_led_on(&LED2);
            while(1) {
            }
        } else {
            printf_log("\r\n The card is locked!");
        }
        sd_error = sd_erase(100, 101);
        if(SD_OK != sd_error) {
            printf_log("\r\n Erase failed!");
        } else {
            printf_log("\r\n Erase success!");
        }

        /* unlock the card */
        sd_error = sd_lock_unlock(SD_UNLOCK);
        if(SD_OK != sd_error) {
            printf_log("\r\n Unlock failed!");
            /* turn on LED1, LED2 */
            bsp_led_on(&LED1);
            bsp_led_on(&LED2);
            while(1) {
            }
        } else {
            printf_log("\r\n The card is unlocked!");
        }
        sd_error = sd_erase(100, 101);
        if(SD_OK != sd_error) {
            printf_log("\r\n Erase failed!");
        } else {
            printf_log("\r\n Erase success!");
        }

        sd_error = sd_block_read(buf_read, 100, 512);
        if(SD_OK != sd_error) {
            printf_log("\r\n Block read fail!");
            /* turn on LED1, LED2 */
            bsp_led_on(&LED1);
            bsp_led_on(&LED2);
            while(1) {
            }
        } else {
            printf_log("\r\n Block read success!");
#ifdef DATA_PRINT
            SCB_CleanInvalidateDCache_by_Addr(buf_read, 512 * 4);
            pdata = (uint8_t *)buf_read;
            /* print data by USART */
            printf_log("\r\n");
            for(i = 0; i < 128; i++) {
                printf_log(" %3d %3d %3d %3d ", *pdata, *(pdata + 1), *(pdata + 2), *(pdata + 3));
                pdata += 4;
                if(0 == (i + 1) % 4) {
                    printf_log("\r\n");
                }
            }
#endif /* DATA_PRINT */
        }
    }

    /* multiple blocks operation test */
    sd_error = sd_multiblocks_write(buf_write, 200, 512, 3);
    if(SD_OK != sd_error) {
        printf_log("\r\n Multiple block write fail!");
        /* turn on LED1, LED2 */
        bsp_led_on(&LED1);
        bsp_led_on(&LED2);
        while(1) {
        }
    } else {
        printf_log("\r\n Multiple block write success!");
    }

    sd_error = sd_multiblocks_read(buf_read, 200, 512, 3);
    if(SD_OK != sd_error) {
        printf_log("\r\n Multiple block read fail!");
        /* turn on LED1, LED2 */
        bsp_led_on(&LED1);
        bsp_led_on(&LED2);
        while(1) {
        }
    } else {
        printf_log("\r\n Multiple block read success!");
#ifdef DATA_PRINT
        SCB_CleanInvalidateDCache_by_Addr(buf_read, 512 * 4);
        pdata = (uint8_t *)buf_read;
        /* print data by USART */
        printf_log("\r\n");
        for(i = 0; i < 512; i++) {
            printf_log(" %3d %3d %3d %3d ", *pdata, *(pdata + 1), *(pdata + 2), *(pdata + 3));
            pdata += 4;
            if(0 == (i + 1) % 4) {
                printf_log("\r\n");
            }
        }
#endif /* DATA_PRINT */
    }
    /* compare the write date and the read data */
    state = memory_compare((uint8_t *)buf_write, (uint8_t *)buf_read, 128*3*4);
   
    if(SUCCESS == state) {
        printf_log("\r\n Multiple block read compare successfully!");
    } else {
        printf_log("\r\n Multiple block read compare fail!");
        /* turn on LED1, LED2 */
        bsp_led_on(&LED1);
        bsp_led_on(&LED2);
        while(1) {
        }
    }
    printf_log("\r\n SD card test successfully!");
    while(1) {};
}
12.5 实验结果
SD卡读写实验例程烧录到海棠派开发板中,并在卡槽中插入SD卡,在液晶屏上,将会观察到SD卡相关操作结果。
本教程由GD32 MCU方案商聚沃科技原创发布,了解更多GD32 MCU教程,关注聚沃科技官网,GD32MCU技术交流群:859440462

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