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数据格式

数据格式说明

支持 1/4 比特数据位宽。

MSC 实现了 SD 主机控制器规范中定义的所有寄存器，该规范定义了 SD 模式的寄存器。其中一些寄存器在 eMMC 模式中重复使用。此外，MSC 主机控制器接口中还定义了 eMMC 规范中命令请求部分的寄存器。

在访问 MSC 存储空间内未使用的地址时，读取的数据全为零时读操作成功完成，写入的数据被丢弃时写操作成功完成。

MSC 支持不同类型的卡接口，即 SD 卡和 eMMC 卡。为支持 SD 卡接口，MSC 实现了 SD 主控制器规范中定义的所有寄存器。这些寄存器可用于传统 SD 总线接口模式。用于传统 SD 总线接口模式的大部分寄存器在 eMMC 总线接口模式下也可重复使用。表 1 列出了相应卡接口模式下寄存器的使用情况。

表 1 不同寄存器类型支持的卡接口

寄存器类型	特定寄存器类型的可用寄存器	在传统 SD 模式下是否支持？	在 eMMC 模式下是否支持？
SD/eMMC 生成寄存器	BLOCKSIZE_R BLOCKCOUNT_R ARGUMENT_R XFER_MODE_R CMD_R	yes	yes
响应寄存器	RESP01_R RESP23_R RESP45_R RESP67_R	yes	yes
从机模式内存访问寄存器	BUF_DATA_R	yes	yes
主机设置和功能寄存器	PSTATE_REG HOST_CTRL1_R BGAP_CTRL_R CLK_CTRL_R SW_RST_R NORMAL_INT_STAT_R ERROR_INT_STAT_R NORMAL_INT_STAT_EN_R ERROR_INT_STAT_EN_R NORMAL_INT_SIGNAL_EN_R ERROR_INT_SIGNAL_EN_R HOST_CTRL2_R CAPABILITIES1_R CAPABILITIES2_R CURR_CAPABILITIES1_R CURR_CAPABILITIES2_R PRESET_INIT_R PRESET_DS_R PRESET_HS_R PRESET_SDR12_R PRESET_SDR25_R PRESET_SDR50_R PRESET_SDR104_R PRESET_DDR50_R PRESET_UHS2_R AT_CTRL_R AT_STAT_R MSHC_CTRL_R TOUT_CTRL_R AUTO_CMD_STAT_R FORCE_AUTO_CMD_STAT_R FORCE_ERROR_INT_STAT_R	yes	yes
主机设置和功能寄存器	EMMC_CTRL_R	no	yes
DMA 寄存器	SDMASA_R ADMA_ERR_STAT_R ADMA_SA_LOW_R ADMA_SA_HIGH_R ADMA_ID_LOW_R ADMA_ID_HIGH_R	yes	yes
指针寄存器	P_VENDOR_SPECIFIC_AREA	yes	Yes
指针寄存器	P_VENDOR2_SPECIFIC_ARE	no	yes
厂商特定寄存器	MSHC_VER_ID_R MSHC_VER_TYPE_R	yes	yes
命令队列寄存器	CQVER CQCAP CQCFG CQCTL CQIS CQISE CQISGE CQIC CQTDLBA CQTDLBAU CQTDBR CQTCN CQDQS CQDPT CQTCLR CQSSC1 CQSSC2 CQCRDCT CQRMEM CQTERRI CQCRI CQCRA	no	yes

数据流

主机控制器通过系统总线接口与软件驱动程序通信，通过 SD 总线接口与卡通信。图 2 描述了通过主机控制器的高级数据流。

主机驱动程序可使用编程输入/输出方法或任何已定义的 DMA 方法传输数据。在编程输入/输出（PIO）数据传输方法中，数据由主机驱动程序传输到系统内存。它可以根据数据块（SD/eMMC）进行传输。在卡写入过程中，控制器会在有一个数据块的空间时提供缓冲区写入就绪中断。根据该中断，主机驱动程序必须通过缓冲区数据端口将一个数据块从系统内存传输到 MSC 缓冲区。控制器将该数据块发送到卡后，在使用缓冲区读就绪中断读卡时，同样的机制将反向使用。PIO 模式速度更慢，会加重处理器的负担。建议在进行大量传输时不要使用 PIO 模式。

以下是 SD 标准中描述的不同 DMA 方法：

单操作 DMA (SDMA)
高级 DMA-2 (ADMA2)
高级 DMA-3 (ADMA3)

功能寄存器的标准由支持 DMA 类型的特定控制器提供。

DMA 支持单块和多块传输。块间隙控制寄存器中的控制位用于停止和重启 DMA 操作。SDMA 模式用于短数据传输，因为它会在页面边界产生中断。ADMA2 和 ADMA3 用于长数据传输，并使用分散收集算法。ADMA2 一次支持单个读取/写入 SD 操作，而 ADMA3 一次支持多个读取/写入 SD 操作。

SD 模式命令通过写入以下寄存器生成：

系统地址
块大小
块计数
传输模式
命令

ADMA2

图 3 显示了主机控制器与系统内存之间的 ADMA2 数据传输，并显示了主机驱动程序创建的描述符表。32 位地址描述符表用于 32 位寻址的系统。在描述符表中，每一行都包含地址信息、长度和指定描述符行操作的属性。ADMA2 使用 64 位 ADMA 地址寄存器作为描述符指针。ADMA2 传输由写入命令寄存器触发，ADMA2 处理描述符表中的每一行。

描述符表由主机驱动程序在系统内存中创建。ADMA2 抓取一行描述符并执行，直到找到描述符的结束符（属性中的 End = 1）。

图 4 显示了 ADMA2 描述符格式。

ADMA3

ADMA3 可视为多个 ADMA2 操作。这是通过使用集成描述符结构实现的，该结构由一对命令描述符和 ADMA2 描述符组成。这对描述符用于从系统内存到 SD 卡的多块数据传输。在 ADMA2 中，主机驱动程序使用主机控制寄存器发出 SD 命令，而 ADMA3 则使用命令描述符发出 SD 命令。

MSC 中的不同命令描述符类型均为 SD 命令描述符类型。

显示了 ADMA3 数据传输示例，将三个数据块（数据 A、数据 B 和数据 C）写入 SD 卡的不同区域。

数据从系统内存传输到 SD 存储卡。在处理完集成描述符指向的所有描述符后，ADMA3 会生成传输完成中断，以指示向主机驱动程序传输数据的完成。

图 6 显示了 ADMA3 命令描述符格式，32 位寄存器字段从 000h 至 00Fh 写入主机控制器寄存器。写入 00Fh 时将发出 SD 命令。

主机控制器寄存器包含一个指向命令描述符和 ADMA2 描述符的描述符行的指针。读取每一行描述符后，该指针都会递增。读取命令描述符的最后一行时，指针指向 ADMA2 描述符的顶端，该行位于命令描述符之后。

图 7 显示了 ADMA3 集成描述符格式。在集成描述符表中的每一行，32 位地址的指针被设置为 64 位集成描述符中的第 63-32 位，控制器忽略该描述符中属性的 “Int”。

有关这些描述符格式的更多信息，请参见 SD 规范 A2 部分 SD 主机控制器标准规范 4.10 版（2012 年 9 月）。

SDIO 读等待

当主机无法接受更多数据时，主机设备会控制 SDCLK（卡时钟），以停止执行多读命令的卡的读数据块输出。在主机停止 SDCLK 的持续时间内，无法发出 CMD52。这一限制造成的问题是，主机设备无法在多路读取周期内执行 I/O 命令。

为了克服这一限制，MSC 支持读取等待功能，向正在执行多路读取（CMD53）操作的卡发出信号，暂时停止数据传输，同时允许主机向卡内的任何其他功能发送命令。对于 SDIO 卡，读取等待功能是可选的。

如果卡支持读取等待功能，那么 MSC 控制器就可以通过在块边界使用 sd_dat_out[2] 线发出读取等待，而不是停止卡时钟，来停止从卡读取数据。MSC 控制器在数据块的 NAC 期间读等待有效。

控制器被配置为在数据块间隙处停止并使能读等待。
如果控制器的数据包缓冲区没有足够的空间容纳下一个数据块，则使能读取等待。

对于 SDIO 卡，读取等待功能是可选的。该功能仅适用于 SD 1 和 4 位模式，不适用于 SPI 传输模式。

SDIO 卡中断

SD 接口支持中断功能，允许 SDIO 卡中断主机。在 SD 模式下，SDIO 卡使用 sd_dat_in[1] 中断输入提供中断 MSC。该中断用于通知主机错误状态和正常信息，如功能就绪。该中断还可作为唤醒事件源，通知主机从待机模式恢复。当卡/设备停止断言中断时，即应用服务中断条件时，卡中断将被清除。

对于 SD 1 位模式，中断没有时序限制。

对于 4 位模式，MSC 仅在中断期采样卡中断，中断期定义如下：

中断期从传输数据块的命令结束位开始结束（SDR50、SDR104 和 DDR50 模式为 1 至 3 个时钟）。
在最后一个数据块传输完成后恢复两个时钟（SDR50、SDR104 和 DDR50 模式为 2 至 4 个时钟）。
在数据块间隙中，数据块结束位后 2 个时钟开始 2-clock 中断周期（根据设备规范建议，在 SDR50、SDR104 和 DDR50 中禁用块间隙卡中断）
虽然规范规定异步中断周期从同步中断开始后 4 个时钟开始，从数据命令结束位开始后 1 至 3 个时钟结束，但 MSC 并没有区分同步和异步中断周期。
在中止 CMD 的情况下，中断周期在中止 CMD 结束位后 2 个时钟结束，并在响应结束位后 2 个时钟恢复。
异步中断在 SD 4 位模式下有效。当卡时钟停止以节省电能时，从设备产生的异步中断将发送给主机系统。

操作流程

本章讨论以下部分：

概述
主机控制器设置序列
时钟控制
卡接口设置序列
超时设置
终止事务
SD/SDIO 事务模式
eMMC 事务模式
错误恢复

概述

本节介绍在开始与连接的卡进行数据传输之前，MSC 和卡子系统所需的编程步骤。首先，需要对主控制器和卡进行初始化。

以下是开始与卡进行数据传输前所需的编程顺序：

1 按照 “主机控制器设置序列 ”中的说明设置 MSC 控制器的基本设置。为 SD 卡（“SD 接口”）和 eMMC 卡（“eMMC 设备”）提供了不同的设置序列。

2 使能 MSC 中可用的输入时钟。使能内部时钟（aclk、bclk、tmclk 和 cqetmclk），然后是卡时钟（cclk_tx/cclk_rx），如 “主机控制器时钟设置序列 ”中的编程序列所述。在此阶段，MSC 已准备好与卡通信。

3 执行 “卡接口设置 ”中描述的编程顺序，为卡提供时钟。

4 必须根据所连接卡的类型执行表 2 所示的适当序列。

表 2 不同卡的初始化顺序

卡类型	卡初始化序列
SD	SD 卡的初始化和识别（"SD 卡的初始化和识别）
eMMC	初始化和识别 eMMC 卡（"初始化和识别 eMMC 设备）

5 主机控制器和卡都初始化后，主机就可以开始向卡发送执行数据传输的命令。控制指令和数据命令是可以向卡发送的两种命令。控制命令用于读取或写入卡中的任何寄存器。数据命令用于向存储卡写入或读出数据。表 3 列出了 SD 卡和 eMMC 卡的控制和数据命令序列。

表 3 不同卡的命令序列

卡类型	命令序列
SD/eMMC	ControlCMD 发布无数据传输的 CMD（"发布无数据传输的 CMD）
SD/eMMC	DataCMD 发布带数据传输的 CMD（"发布带数据传输的 CMD）

1 可以使用终止命令（“终止命令序列”）终止数据传输。

2 如果在传输过程中检测到错误，应使用 “错误恢复 ”中描述的序列进行恢复。