一、什么是SDIO接口？

SDIO，全称：Secure Digital Input and Output，即安全数字输入输出接口。它是在SD卡接口的基础上发展而来，它可以兼容之前的SD卡，并且可以连接SDIO接口设备，比如：蓝牙、WIFI、照相机等。SDIO和SD卡规范间的一个重要区别就是增加了低速标准。低速卡的目标应用是以最小的硬件开支支持低速I/O能力。低速卡支持类似调制解调器、条码扫描仪和GPS接收器等应用。STM32的SDIO控制器支持多媒体卡（MMC卡）、SD存储卡、SD I/O卡和CE-ATA设备。、

二、STM32 SDIO接口特点：

1、与多媒体卡系统规格书版本4.2全兼容。支持三种不同的数据总线模式：1位（默认）、4位和8位。

2、与较早的多媒体卡系统规格版本全兼容（向前兼容）

3、与SD存储卡规格版本2.0全兼容

4、与SD I/O卡规格版本2.0全兼容：支持两种不同的数据总线模式：1位（默认）和4位。

5、完全支持CE-ATA功能（与CE-ATA数字协议版本1.1全兼容）。8位总线模式下数据传输速率可达48MHz

6、数据和命令输出使能信号，用于控制外部双向驱动器。

SDIO框图：

复位后SDIO_D0用于数据传输。初始化后主机可以改变数据总线的宽度（通过ACMD6命令设置）。如果一个多媒体卡接到了总线上，则SDIO_D0、SDIO_D[3:0]或SDIO_D[7:0]可以用于数据传输。MMC版本3.31和之前版本的协议只支持1位数据线，所以能用SDIO_D0（为了通用性考虑，在程序里面只要检测到是MMC卡就设置为1位总线数据）

三、SDIO时钟

1、卡时钟（SDIO_CK）：每个时钟周期在命令和数据线上传输1位命令或数据。对于SD或SD I/O卡，时钟频率可以在0MHz至25MHz之间变化。

2、SDIO适配器时钟（SDIOCLK）：该时钟用于驱动SDIO适配器，可用于产生SDIO_CK时钟。对F1来说，SDIOCLK来自HCLK（72MHz）；对F4来说，SDIOCLK来自PLL48CK（48MHz）。

3、F1：AHB总线接口时钟（HCLK/2）：该时钟用于驱动SDIO的AHB总线接口，其频率为HCLK/2=36MHz。F4：APB2总线接口时钟（PCLK2）：该时钟用于驱动SDIO的APB2总线接口，其频率为PCLK2=84MHz。

SDIO_CK计算公式：SDIO_CK=SDIOCLK/(2+CLKDIV)

注意：在SD卡初始化时，SDIO_CK不可以超过400Khz，初始化完成后，可以设置为最大频率（但不可以超过SD卡最大操作频率）

四、SDIO命令与响应

SDIO命令分为：应用相关命令（ACMD）和通用命令（CMD两部分）。发送ACMD时需要先发送CMD55。

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：

 

其中除了命令索引和参数需要我们设置，其他都是由SDIO硬件自动控制。命令索引（如CMD0，CMD1之类）由SDIO_CMD寄存器设置，命令参数则由SDIO_ARG寄存器设置。

一般SD卡在接收到命令行，都会有一个应答（CMD0除外），这个应答也称之为响应。STM32的SDIO接口，支持2种响应类型：短响应（48位）和长响应（136位）

STM32 SDIO短响应（48位）格式如下表所示：

 

STM32 SDIO长响应（136位）格式如下表所示：

 

不论是短响应还是长响应，硬件都会自动滤除了起始位、传输位、CRC7以及结束位等信息，对于短响应，命令索引存放在SDIO_RESPCMD寄存器，参数则存放在SDIO_RESP1寄存器里面。对于长响应，则仅留CID/CSD位域，存放在SDIO_RESP1~SDIO_REAP4等4个寄存器。

SD卡总共有6类响应（R1、R1b、R2、R3、R6、R7）如下图所示：

  

这里以R1为例介绍一下。R1（普通响应命令）响应属于短响应，其长度为48位，如下图：

 

在收到R1响应后，我们可以从SDIO_RESPCMD寄存器和SDIO_RESP1寄存器分别读出命令索引和卡状态信息。

四、SDIO块数据传输

SDIO与SD卡通信一般以数据块的形式进行传输，SDIO（多）数据块读操作，如下图：

 

从机在收到主机相关命令后，开始发送数据块给主机，所有数据块都带CRC校验（由硬件自动处理），单个数据块读的时候，在收到1个数据块以后即可停止了，不需要发送停止命令（CMD12）。但是多块数据读的时候，SD卡将一直发送数据给主机，直到接到主机发送的STOP命令（CMD12）。

SDIO（多）数据块写操作，如下：

 

数据块写操作同数据块读操作基本类似，只是数据块写的时候，多了一个繁忙判断，新的数据块必须在SD卡非繁忙的时候发送。这里的繁忙信号由SD卡拉低SDIO_D0，以表示繁忙，SDIO硬件自动控制，不需要软件处理。

五、SDIO寄存器

1、SDIO电源控制寄存器（SDIO_POWER）

 

该寄存器只有最低2位（PWRCTR[1:0]）有效，其他都是保留位，STM32复位以后，PWRCTRL=00，处于掉电状态。所以，首先要给SDIO充上电，设置这两个位为：11

2、SDIO时钟控制寄存器（SDIO_CLKCR）

 

（注意：当SDIO_CK频率过快时，可能导致SD卡通信失败，此时建议降低SDIO_CK试试）

3、SDIO参数寄存器（SDIO_ARG）

 

该寄存器用于存储命令参数。注意：参数必须先于命令写入。

4、SDIO命令寄存器（SDIO_CMD）

 

低6位为命令索引，即要发送的命令索引号（如发送CMD1，其值为1，索引设置为1）。位[7:6]用于设置等待响应，用于指示CPSM是否需要等待，以及等待类型等。CPSM：即命令通道状态机，命令通道状态机一般都是开启的，所以位[1:0]要设置为1。

5、SDIO命令响应寄存器（SDIO_RESPCMD）

 

该寄存器只有低6位有效，用于存储最后收到的命令响应中的命令索引。如果传输的命令响应不包含命令索引，则该寄存器的内容不可预知。

6、SDIO命令响应1~4寄存器（SDIO_REAPx,x=1~4）

 

命令响应寄存器组，总共包含4个32位寄存器组成，用于存放接收到的卡响应部分的信息。如果收到短响应，则数据存放在SDIO_REAP1寄存器里面，其他三个寄存器没有用到。而如果收到长响应，则依次存放在SDIO_REAP1~4里面。

7、SDIO数据定时寄存器（SDIO_DITMER）

 

该寄存器用于存储以卡总线时钟（SDIO_CK）为周期的数据超时时间，一个计数器将从SDIO_DTIMER寄存器加载数值，并在数据通道状态机（DPSM）进入Wait_R或繁忙状态时进行递减计数，当DPSM处在这些状态时，如果计数器减为零，则设置超时标志。DPSM：即数据通道状态机，类似CPSM。

注意：在写数据控制寄存器（SDIO_DCTRL），进行数据传输之前，须先写入该寄存器（SDIO_DTIMER）和数据长度寄存器（SDIO_DLEN）

8、数据长度寄存器（SDIO_DLEN）

 

该寄存器低25位有效，用于设置需要传输的数据字节长度。对于块数据传输，该寄存器的数值必须是数据块长度（通过SDIO_DCTRL设置）的倍数。即：假定数据块大小为512字节，那么SDIO_DLEN的设置，必须是512的整数倍，最大可以设置读取65535个数据块。

9、SDIO数据控制寄存器（SDIO_DCTRL）

 

该寄存器用于控制数据通道状态机（DPSM），包括数据传输使能、传输方向、传输模式、DMA使能、数据块长度等信息的设置。

10、SDIO状态寄存器（SDIO_STA）

 

状态寄存器可以用来查询SDIO控制器的当前状态，以便处理各种事务。比如SDIO_STA的位2表示命令响应超时，说明SDIO的命令响应出了问题，可以通过设置SDIO_ICR的位2则可以清除这个超时标志。

另外，SDIO的清除中断寄存器（SDIO_ICR）和中断屏蔽寄存器（SDIO_MASK），这两个寄存器和状态寄存器（SDIO_STA）每个位的定义都相同，只是功能不同。

11、SDIO数据FIFO寄存器（SDIO_FIFO）

 

数据FIFO寄存器包括接收和发送FIFO，它们又一组连续的32个地址上的32个寄存器组成，CPU可以使用FIFO读写多个操作数。