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i.MX - RT1052 SDCard操作（SDIO接口）
2022-06-21 11:59:00 【夏沫の浅雨】
写在前面：
本文章旨在总结备份、方便以后查询，由于是个人总结，如有不对，欢迎指正；另外，内容大部分来自网络、书籍、和各类手册，如若侵权请告知，马上删帖致歉。
硬件接口及电路
MIMXRT1050 EVKB评估板上有一个SD卡插槽（J20）。J20是用于 USDHC1接口的 Micro SD插槽。
SD 卡一般都支持 SDIO 和 SPI 这两种接口，Micro SD卡接口模式引脚定义如下：
Micro SD卡与 SD卡相比，Micro SD卡只有 8个引脚是因为比SD卡少了一个 Vss，区别如下图：
在评估板上，是使用了 SDIO 接口来操作 Micro SD卡的，（下文统一以 SD卡称呼），其硬件电路如下：
外设信号引脚
在 RT1052上，提供了 uSDHC这个外设功能，它的信号引脚定义如下：
总的概括如下：
其中，CD，WP，LCTL，RST和 VSELECT对于系统实现都是可选的。 如果 uSDHC需要支持 4位数据传输，则 DAT7〜DAT4 也可以是可选的并绑定为高电平；如果 uSDHC不支持 HS400模式，则 STROBE也可以是可选的并绑定为低电平。
时钟控制线路
从上图可知，uSDHC 根时钟有 2 个可选输入来源（以 uSDHC1为例，红色线跟蓝色线部分）：
- PLL2 PFD0
- PLL2 PFD2
最后配置出来的时钟一般是 198 MHz，这也是最大时钟频率。在官方例程中，利用的时钟线就是上面的蓝色线路部分。
外设框图架构
数据缓冲及 DMA技术
从上图可知，RT1052的 uSDHC外设支持 DMA传输技术的。
直接内存访问（Direct Memory Access，DMA）是计算机科学中的一种内存访问技术。它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于 CPU 的大量中断负载；否则，CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方；在这个时间中，CPU 对于其他的工作来说就无法使用。
在 uSDHC 中使用了一个可配置的数据缓冲区以优化的方式在系统总线（IP总线或 AHB总线）和 SD卡之间传输数据，从而最大化两个时钟域（IP外设时钟和主时钟）之间的吞吐量。
该缓冲区用作在主机系统和卡之间传输数据的临时存储。 支持配置读写水印值（1~128 个字）以及配置读写突发长度（1~31 个字）。
写入操作序列：
当用户将数据传输到卡时，有两种将数据写入缓冲区的方法：
- 处理器内核通过中断状态寄存器中的 BWR 位进行轮询（中断或轮询）
- 内部直接存储器存取（利用 DMA技术）
读取操作序列：
当用户将数据传输到卡时，有两种从缓冲区读取数据的方法：
- 处理器内核通过中断状态寄存器中的 BRR 位进行轮询（中断或轮询）
- 内部直接存储器存取（利用 DMA技术）
驱动移植
在官方的工程里面，已经有包含移植了 SDMMC这一类的驱动文件了，所以我们只需要把相应的文件添加到自己的工程文件里就好了，如下图：
接着，还需要一个驱动上层的配置文件（sdmmc_config.c），这个文件在官方SDK包的 …\boards\evkbimxrt1050\sdmmc_examples\sdcard_polling 路径下找到，如下图：
然后把上面用到的全部提取到个人的工程文件夹里面，放到下图的路径文件夹中；其中 port文件夹里存放的是上图的 sdmmc_config两个文件：
对于 SDCard所需的文件有以上框选的几个，其中 osa文件夹值得注意一下，这个文件夹里其实存放一个引用了 OS处理的上级 API文件，这是因为在官方提供的 SDCard驱动中，是需要一个类似于 OS操作的处理；同时，还需要把组件里面的 fsl_os_abstraction_bm.c文件（路径：…\components\osa）添加到工程，这个文件就是上面的 osa文件夹里所依赖的模拟 OS处理文件，并且可以在这个文件的开头得到 /* This is the source file for the OS Abstraction layer for MQXLite. */ 这个信息，若是使用 FreeRTOS，则需要选取另外一个文件；另外，后缀带 “ _bm ” 的，其实就是不外带 OS的支持文件；然后添加到的工程架构如下图：
最后，在原有的预处理宏上，还需要再添加以下宏去使能相应的代码：
FSL_SDK_ENABLE_DRIVER_CACHE_CONTROL=1, SD_ENABLED
代码例程
底层驱动有了，那么，我们还需要一个例程来校验，添加以下代码：
sd_card.c 源文件
#include "sd_card.h"
#include "sdmmc_config.h"
#include "pin_mux.h"
#include "board.h"
#include "fsl_debug_console.h"
/* SD Card硬件检测使能 */
#define SD_DETECT_ENABLE 1
#define BOARD_USDHC1_CLK_FREQ (CLOCK_GetSysPfdFreq(kCLOCK_Pfd2) / (CLOCK_GetDiv(kCLOCK_Usdhc1Div) + 1U))
#define BOARD_SD_HOST_CLK_FREQ BOARD_USDHC1_CLK_FREQ
/*! @brief Data block count accessed in card */
#define DATA_BLOCK_COUNT (5U)
/*! @brief Start data block number accessed in card */
#define DATA_BLOCK_START (2U)
/*! @brief Data buffer size. */
#define DATA_BUFFER_SIZE (FSL_SDMMC_DEFAULT_BLOCK_SIZE * DATA_BLOCK_COUNT)
/*! @brief Card descriptor. */
sd_card_t g_sd;
/*! @brief sdmmc dma buffer */
AT_NONCACHEABLE_SECTION_ALIGN(static uint32_t s_sdmmcHostDmaBuffer[BOARD_SDMMC_HOST_DMA_DESCRIPTOR_BUFFER_SIZE],
SDMMCHOST_DMA_DESCRIPTOR_BUFFER_ALIGN_SIZE);
/*! @brief Data written to the card */
SDK_ALIGN(uint8_t g_dataWrite[DATA_BUFFER_SIZE], BOARD_SDMMC_DATA_BUFFER_ALIGN_SIZE);
/*! @brief Data read from the card */
SDK_ALIGN(uint8_t g_dataRead[DATA_BUFFER_SIZE], BOARD_SDMMC_DATA_BUFFER_ALIGN_SIZE);
#if (0 == SD_DETECT_ENABLE)
static sd_detect_card_t s_cd;
static sdmmchost_t s_host;
OSA_EVENT_HANDLE_DEFINE(host_event);
#endif /* SD_DETECT_ENABLE */
static bool s_isReadOnly;
static void SDCard_ClockConfig(void);
static status_t AccessCard(sd_card_t *card, bool isReadOnly);
static void CardInformationLog(sd_card_t *card);
/************************************************ 函数名称 ： SDCard_Test 功 能 ： SD Card测试 参 数 ： 无 返 回 值 ： -1 / 0 *************************************************/
int SDCard_Test(void)
{
sd_card_t *card = &g_sd;
char ch = '0';
while (ch != 'q') {
PRINTF("\r\nRead/Write/Erase the card continuously until encounter error......\r\n");
for (;;) {
if (kStatus_Success != AccessCard(card, s_isReadOnly)) {
/* access card fail, due to card remove. */
if (SD_IsCardPresent(card) == false) {
SD_HostDoReset(card);
PRINTF("\r\nCard removed\r\n");
PRINTF(
"\r\nInput 'q' to quit read/write/erase process.\ \r\nInput other char to wait card re-insert.\r\n");
ch = GETCHAR();
PUTCHAR(ch);
}
/* access card fail, due to transfer error */
else {
ch = 'q';
}
break;
}
else {
PRINTF("\r\nInput 'q' to quit read/write/erase process.\ \r\nInput other char to read/write/erase data blocks again.\r\n");
ch = GETCHAR();
PUTCHAR(ch);
if (ch == 'q') {
break;
}
}
}
}
PRINTF("\r\nThe example will not read/write data blocks again.\r\n");
SD_Deinit(card);
return 0;
}
/************************************************ 函数名称 ： SDCard_Init 功 能 ： SD Card用户初始化 参 数 ： 无 返 回 值 ： 无 *************************************************/
void SDCard_Init(void)
{
sd_card_t *card = &g_sd;
#if SD_DETECT_ENABLE
BOARD_SD_Config(card, NULL, BOARD_SDMMC_SD_HOST_IRQ_PRIORITY, NULL);
#else
SDCard_ClockConfig();
card->host = &s_host;
card->host->dmaDesBuffer = s_sdmmcHostDmaBuffer; // dma缓冲区
card->host->dmaDesBufferWordsNum = BOARD_SDMMC_HOST_DMA_DESCRIPTOR_BUFFER_SIZE;// dma缓冲区大小
card->host->hostController.base = BOARD_SDMMC_SD_HOST_BASEADDR; // 主机外设地址
card->host->hostController.sourceClock_Hz = BOARD_SD_HOST_CLK_FREQ; // 时钟频率
card->host->hostEvent = &host_event; // 事件处理程序指针
card->usrParam.cd = &s_cd; // 卡检测回调函数指针（这里主要去除断言警告）
NVIC_SetPriority(BOARD_SDMMC_SD_HOST_IRQ, BOARD_SDMMC_SD_HOST_IRQ_PRIORITY);
#endif /* SD_DETECT_ENABLE */
/* SD host init function */
if (SD_HostInit(card) != kStatus_Success)
{
PRINTF("\r\nSD host init fail\r\n");
}
PRINTF("\r\nPlease insert a card into board.\r\n");
#if SD_DETECT_ENABLE
/* power off card */
SD_SetCardPower(card, false);
/* wait card insert */
SD_PollingCardInsert(card, kSD_Inserted);
/* power on the card */
SD_SetCardPower(card, true);
PRINTF("\r\nCard inserted.\r\n");
#else
PRINTF("\r\nWait Card initialization......\r\n");
/* power on the card */
SD_SetCardPower(card, true);
#endif /* SD_DETECT_ENABLE */
/* Init card. */
if (SD_CardInit(card)){
PRINTF("\r\nSD card init failed.\r\n");
}
else{
PRINTF("\r\nSD card init succeed.\r\n");
}
/* card information log */
CardInformationLog(card);
/* Check if card is readonly. */
s_isReadOnly = SD_CheckReadOnly(card);
}
/************************************************ 函数名称 ： SDCard_ClockConfig 功 能 ： SD Card时钟配置 参 数 ： 无 返 回 值 ： 无 *************************************************/
static void SDCard_ClockConfig(void)
{
/* 检查是否预定义了宏 SKIP_SYSCLK_INIT， 一般是默认定义了的，若是定义了， 那么在 clock_config.c中 sys pll是停止 关闭配置的交由用户自己配置选择。 */
CLOCK_InitSysPll(&sysPllConfig_BOARD_BootClockRUN);
/*configure system pll PFD2 fractional divider to 24, output clock is 528MHZ * 18 / 24 = 396 MHZ*/
CLOCK_InitSysPfd(kCLOCK_Pfd2, 24U);
/* Configure USDHC clock source and divider */
CLOCK_SetDiv(kCLOCK_Usdhc1Div, 1U); /* USDHC clock root frequency maximum: 198MHZ */
CLOCK_SetMux(kCLOCK_Usdhc1Mux, 0U);
}
/************************************************ 函数名称 ： AccessCard 功 能 ： 存取卡数据 参 数 ： card ---- sd卡结构体指针 isReadOnly ---- 只读操作 返 回 值 ： status_t ---- 状态 *************************************************/
static status_t AccessCard(sd_card_t *card, bool isReadOnly)
{
if (isReadOnly) {
PRINTF("\r\nRead one data block......\r\n");
if (kStatus_Success != SD_ReadBlocks(card, g_dataRead, DATA_BLOCK_START, 1U)) {
PRINTF("Read one data block failed.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
PRINTF("Read multiple data blocks......\r\n");
if (kStatus_Success != SD_ReadBlocks(card, g_dataRead, DATA_BLOCK_START, DATA_BLOCK_COUNT)) {
PRINTF("Read multiple data blocks failed.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
}
else {
memset(g_dataWrite, 0x67U, sizeof(g_dataWrite));
PRINTF("\r\nWrite/read one data block......\r\n");
if (kStatus_Success != SD_WriteBlocks(card, g_dataWrite, DATA_BLOCK_START, 1U)) {
PRINTF("Write one data block failed.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
memset(g_dataRead, 0U, sizeof(g_dataRead));
if (kStatus_Success != SD_ReadBlocks(card, g_dataRead, DATA_BLOCK_START, 1U)) {
PRINTF("Read one data block failed.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
PRINTF("Compare the read/write content......\r\n");
if (memcmp(g_dataRead, g_dataWrite, FSL_SDMMC_DEFAULT_BLOCK_SIZE)) {
PRINTF("The read/write content isn't consistent.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
PRINTF("The read/write content is consistent.\r\n");
PRINTF("Write/read multiple data blocks......\r\n");
if (kStatus_Success != SD_WriteBlocks(card, g_dataWrite, DATA_BLOCK_START, DATA_BLOCK_COUNT)) {
PRINTF("Write multiple data blocks failed.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
memset(g_dataRead, 0U, sizeof(g_dataRead));
if (kStatus_Success != SD_ReadBlocks(card, g_dataRead, DATA_BLOCK_START, DATA_BLOCK_COUNT)) {
PRINTF("Read multiple data blocks failed.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
PRINTF("Compare the read/write content......\r\n");
if (memcmp(g_dataRead, g_dataWrite, FSL_SDMMC_DEFAULT_BLOCK_SIZE)) {
PRINTF("The read/write content isn't consistent.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
PRINTF("The read/write content is consistent.\r\n");
PRINTF("Erase multiple data blocks......\r\n");
if (kStatus_Success != SD_EraseBlocks(card, DATA_BLOCK_START, DATA_BLOCK_COUNT)) {
PRINTF("Erase multiple data blocks failed.\r\n");
return kStatus_Fail;
}
}
return kStatus_Success;
}
/************************************************ 函数名称 ： CardInformationLog 功 能 ： 卡信息打印 参 数 ： card ---- sd卡结构体指针 返 回 值 ： 无 *************************************************/
static void CardInformationLog(sd_card_t *card)
{
assert(card);
PRINTF("\r\nCard size %d * %d bytes\r\n", card->blockCount, card->blockSize); // sd card内存大小
PRINTF("\r\nWorking condition:\r\n");
/* 工作电压 */
if (card->operationVoltage == kSDMMC_OperationVoltage330V) {
PRINTF("\r\n Voltage : 3.3V\r\n"); // 3.3V
}
else if (card->operationVoltage == kSDMMC_OperationVoltage180V) {
PRINTF("\r\n Voltage : 1.8V\r\n"); // 1.8V
}
/* 时序模式 */
if (card->currentTiming == kSD_TimingSDR12DefaultMode) {
if (card->operationVoltage == kSDMMC_OperationVoltage330V) {
PRINTF("\r\n Timing mode: Default mode\r\n"); // 常规模式
}
else if (card->operationVoltage == kSDMMC_OperationVoltage180V) {
PRINTF("\r\n Timing mode: SDR12 mode\r\n"); // SDR12 模式
}
}
else if (card->currentTiming == kSD_TimingSDR25HighSpeedMode) {
if (card->operationVoltage == kSDMMC_OperationVoltage180V) {
PRINTF("\r\n Timing mode: SDR25\r\n"); // SDR25 模式
}
else {
PRINTF("\r\n Timing mode: High Speed\r\n"); // 高速模式
}
}
else if (card->currentTiming == kSD_TimingSDR50Mode) {
PRINTF("\r\n Timing mode: SDR50\r\n"); // SDR50 模式
}
else if (card->currentTiming == kSD_TimingSDR104Mode) {
PRINTF("\r\n Timing mode: SDR104\r\n"); // SDR104 模式
}
else if (card->currentTiming == kSD_TimingDDR50Mode) {
PRINTF("\r\n Timing mode: DDR50\r\n"); // DDR50 模式
}
PRINTF("\r\n Freq : %d HZ\r\n", card->busClock_Hz); // 频率
}
/*---------------------------- END ----------------------------*/
sd_card.h 头文件
#ifndef __SD_CARD_H
#define __SD_CARD_H
#include "MIMXRT1052.h"
#include "fsl_usdhc.h"
int SDCard_Test(void);
void SDCard_Init(void);
#endif /* __SD_CARD_H */
/*---------------------------- END ----------------------------*/
从上面的引脚说明那里知道，CD，WP，LCTL，RST和 VSELECT的引脚都是可选的。
所以有时候因为成本或者引脚紧凑之类，往往不使用硬件检测功能，所以这里可以像上面的代码一样利用宏 SD_DETECT_ENABLE 来确定是否启用硬件检测功能，但一旦取消检测功能，那么就要在设备上电运行之前插好 SDCard，否则就会出现死机卡死。
其中，BOARD_SD_Config();函数主要就是用来配置硬件检测功能引脚的处理函数；另外，值得注意的是，BOARD_SD_Config();函数里面的时钟配置用的是 sys pll pfd0的来源时钟，而当取消硬件检测功能时，可以看到执行的 SDCard_ClockConfig();函数是使用 sys pll pfd2的来源时钟。
最后
sd_card.c 头注：
/* * ReadMe： * 下面例程只是演示 SD Card操作的演示； * 引脚配置在 sdmmc_config.h中更改； * SD Card插入检测是使用阻塞轮训的，非中断处理； * 中断处理可以参考官网 SDK包里的以下工程路径： * ...\boards\evkbimxrt1050\sdmmc_examples\sdcard_interrupt * * 注意：如果将 DATA3用作卡检测 PIN， * 请确保 DATA3被下拉，无论是内部还是外部， * 同时确保卡可以拉 DATA3，然后主机可以通过 DATA3检测卡。 * 而 SDHC不支持主机通过 CD检测卡，可以通过 DATA3或 GPIO检测卡。 * 无论通过主机还是gpio检测卡，都要确保 pinmux配置正确。 * 需要添加以下宏： * (FSL_SDK_ENABLE_DRIVER_CACHE_CONTROL=1, SD_ENABLED) * * 当 SD Card硬件检测使能时，时钟用的是 sys pll pfd0， * 不使用时，时钟用的是 sys pll pfd2。 */
/* 打印示例： [2020-08-17 17:13:52.118]# RECV ASCII> Please insert a card into board. [2020-08-17 17:13:58.809]# RECV ASCII> Card inserted. [2020-08-17 17:13:59.076]# RECV ASCII> Card size 247808 * 512 bytes Working condition: Voltage : 3.3V Timing mode: High Speed Freq : 49500000 HZ [2020-08-17 17:14:10.909]# RECV ASCII> Read/Write/Erase the card continuously until encounter error...... Write/read one data block...... Compare the read/write content...... The read/write content is consistent. Write/read multiple data blocks...... Compare the read/write content...... The read/write content is consistent. Erase multiple data blocks...... Input 'q' to quit read/write/erase process. Input other char to read/write/erase data blocks again. [2020-08-17 17:14:20.992]# SEND ASCII> q [2020-08-17 17:14:21.041]# RECV ASCII> q The example will not read/write data blocks again. */
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