SDIO卡系统物理层规范（中文翻译）.doc

SDIO INPUT OUTPUT SDIO INPUT OUTPUT CARDCARD 物理层系统规范 2006 01 23 SDIO 卡物理层标准 2 版本历史 日期版本文档负责人修改内容 2006 1 261 0姚彬 SDIO 卡物理层标准 3 目录目录 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 12 2 1 SPISPI 卡强制性支持 卡强制性支持 8 2 2 22 2 2 1 1 位位 SDSD 数据传输模式 卡强制支持 数据传输模式 卡强制支持 8 2 2 32 2 3 4 4 位位 SDSD 数据传输模式 对高速卡是强制性的 对低速卡是可选择的 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 14 5 1 OCROCR 寄存器寄存器 15 4 5 24 5 2 CIDCID 寄存器寄存器 16 4 5 34 5 3 RCARCA 寄存器寄存器 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 15 2 1 CMD53CMD53 数据传送格式数据传送格式 17 6 SDIO 卡内部操作 18 SDIO 卡物理层标准 4 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 6 6 SDIO 固定内存映像 20 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 17 1 1 SPISPI 和和 SDSD 1 1 位模式中断位模式中断 22 7 1 27 1 2 SDSD 4 4 位模式中断位模式中断 22 7 1 37 1 3 中断清除时序中断清除时序 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 SDIO 卡物理层标准 5 SDIO 卡物理层标准 6 1 1 概述概述 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 SDIO 卡物理层标准 7 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 11 1 SDIOSDIO 特点特点 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 21 2 主要参考文档主要参考文档 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 SDIO 卡物理层标准 8 2 2 SDIOSDIO 信号定义信号定义 2 12 1 SDIOSDIO 卡类型卡类型 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 字节 秒 第二种类型是低速 SDIO 卡 这种卡仅需要 SPI 和 1 位 SD 传输模式 对低速卡 来说 4 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 22 2 SDIOSDIO卡模式卡模式 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 12 2 1 SPISPI 卡强制性支持 卡强制性支持 SPI 总线拓扑在章节 3 1 2 中定义 总线协议在章节 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 22 2 2 1 1 位位 SDSD 数据传输模式 卡强制支持 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 32 2 3 4 4 位位 SDSD 数据传输模式 对高速卡是强制性的 对低速卡是可选择的 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 32 3 SDIOSDIO 主模式主模式 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 SDIO 卡物理层标准 9 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 42 4 信号引脚信号引脚 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 于三态状态 通过访问总线控制寄存器 CCCR 来决定着 DAT 总线的模式 图 1 连接到 2 个 4 位 SDIO 卡 引引 脚脚 SDSD 4 4位模式位模式SDSD 1 1位模式位模式SPISPI 模式模式 1 1CD DAT 3 数据线3 N C 未用 CS 卡选择 2 2CMD 命令线 CMD 命令线 DI 数据输入 3 3VSS1 地 VSS1 地 VSS1 地 4 4VDD 供电电压 VDD 供电电压 VDD 供电电压 5 5CLK 时钟 CLK 时钟 SCLK 时钟 6 6VSS2 地 VSS2 地 VSS2 地 7 7DAT 0 数据线0 DATA 数据线 DO 数据输出 8 8DAT 1 数据线1或中断 IRQ 中断 IRQ 中断 9 9DAT 2 数据线2或读等 待 可选择 RW 读等待 可选择 NC 未用 表 1 SDIO 卡信号引脚说明 2 52 5 支持支持 SDIOSDIO 卡对主设备端要求卡对主设备端要求 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 SDIO 卡物理层标准 10 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 SDIO 卡物理层标准 11 3 3 SDIOSDIO 卡初始化卡初始化 3 13 1 I OI O 卡初始化的不同卡初始化的不同 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 SDIO 卡物理层标准 12 图 2 SD 模式下卡的初始化流程 SDIO 主设备 SDIO 卡物理层标准 13 图 3 SPI 模式下卡的初始化流程 SDIO 主设备 SDIO 卡物理层标准 14 4 4 与与 SDSD 规范的不同点规范的不同点 4 14 1 不支持不支持 SDSD 卡的命令卡的命令 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 CMD0 CMD52 在 CCCR中写入 I O复位 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 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 CMD12 CMD52 写入 I O异常中断 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 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4 4中的详细说明 CMD16 CMD52 写入 I O块长度 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 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 CMD13 无 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 SEND STATUS CMD13 协议 ACMD6 CMD52 在 CCCR中写入总 线宽度1 0 SET BUS WIDTH通过向CCCR寄存器写入数据来处理 见章节4 2详述 ACMD13 无在单纯SDIO卡中不存在SD状态寄存器 ACMD41CMD5 SDIO设备使用IO SEND OP COND命令 CMD5 ACMD42CMD52 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 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 SDIO 卡物理层标准 15 ACMD51 无在单纯SDIO卡中不存在SCR寄存器 CMD17 CMD18 CMD24 CMD25 CMD53 I O块操作使用命令CMD53 远胜于存储块读写命令 表 2 不支持的 SD 卡命令 4 24 2 总线宽度总线宽度 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 34 3 卡检测寄存器卡检测寄存器 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 44 4 数据传输异常中断数据传输异常中断 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 54 5 SDSD 存储卡固定寄存器的改变存储卡固定寄存器的改变 4 5 14 5 1 OCROCR 寄存器寄存器 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 SDIO 卡物理层标准 16 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 24 5 2 CIDCID 寄存器寄存器 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 问命令 CMD10 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 命令 响应 而处于 SD 模式下的卡不会响应 4 5 34 5 3 RCARCA 寄存器寄存器 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 SDIO 卡物理层标准 17 5 5 新的新的 I OI O 读写命令读写命令 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 15 1 IO RW DIRECTIO RW DIRECT 命令 命令 CMD52CMD52 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 25 2 IO RW EXTENDEDIO RW EXTENDED 命令 命令 CMD53CMD53 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 0 x00 5 2 15 2 1 CMD53CMD53 数据传送格式数据传送格式 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 SDIO 卡物理层标准 18 6 6 SDIOSDIO 卡内部操作卡内部操作 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 16 1 概述概述 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 来组织 每个 I O 功能最多可以使用 131 072 217 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 26 2 寄存器访问时间寄存器访问时间 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 36 3 中断中断 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 SDIO 卡物理层标准 19 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 第二个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 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 46 4 挂起与重启挂起与重启 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 56 5 读等待 可选择 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 SDIO 卡物理层标准 20 6 66 6 SDIOSDIO 固定内存映像固定内存映像 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 76 7 通用通用 I OI O 区域 区域 CIACIA 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 SDIO 卡物理层标准 21 6 86 8 卡通用控制寄存器 卡通用控制寄存器 CCCRCCCR 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 96 9 功能基本寄存器 功能基本寄存器 FBRFBR 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0 x00n00到0 x00nFF区间 这里n是功 能号 0 x1到0 x7 6 106 10 卡信息结构 卡信息结构 CISCIS 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 6 116 11 多功能多功能 SDSD 卡卡 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 6 126 12 嵌入式嵌入式 I OI O 代码存储区域 代码存储区域 CSACSA 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的实际存储方法不是本规范要阐述的内容 这一点留待 实现 SDIO 卡物理层标准 22 7 SDIO 中断中断 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 17 1 中断时序中断时序 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 17 1 1 SPISPI 和和 SDSD 1 1 位模式中断位模式中断 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 27 1 2 SDSD 4 4 位模式中断位模式中断 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 SDIO 卡物理层标准 23 7 1 37 1 3 中断清除时序中断清除时序 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 SDIO 卡物理层标准 24 8 SDIO 物理特性物理特性 8 18 1 SDIOSDIO 大小大小 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 28 2 SDIOSDIO 卡封装卡封装 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 SDIO 卡物理层标准 25 9 SDIO 机械延展性机械延展性 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 1 附加ESD EMI接地点 2 扩展的外形尺寸 图5给出了这两项扩展地详细描述 9 19 1 附加附加 ESD EMIESD EMI 接地点接地点 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 29 2 辅助扩展辅助扩展 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 39 3 写保护开关写保护开关 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 SDIO 卡物理层标准 26 图5 SDIO机械特性扩展 SDIO 卡物理层标准 27 10 SDIO 电源电源 10 110 1 SDIOSDIO 卡的初始化电压卡的初始化电压 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 10 210 2 SDIOSDIO 电源功耗电源功耗 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 10 310 3 SDIOSDIO 电流电流 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