sdnand的sdio时序

SDIO（Secure Digital Input/Output）的时序是指在数据传输过程中，各个信号（如时钟 CLK、命令 CMD、数据 DAT）之间的时间关系和操作顺序。理解 SDIO 时序对于正确驱动 SD 卡或 SDIO 设备至关重要。以下是 SDIO 时序的核心概念和工作模式：

一、基本信号与传输模式

1. 主要信号

• CLK：时钟信号，同步所有数据传输。主机控制时钟频率（如初始化阶段≤400kHz，高速模式可达 50MHz 以上）。

• CMD：命令线，主机发送命令到卡，卡通过此线返回响应。

• DAT[3:0]：数据线，用于数据传输。支持 1 位（DAT0）、4 位（DAT0-DAT3）或 8 位（SDIO 3.0）模式。

2. 传输模式

• SPI 模式：简化的同步串行协议，使用 CLK、MOSI（CMD）、MISO（DAT0）、CS（DAT3）四线通信。

• SD 模式：专用协议，分为两种子模式：

• 1 位模式：仅使用 DAT0 传输数据。

• 4 位模式：同时使用 DAT0-DAT3 传输数据，带宽提升 4 倍。

二、SD 模式时序详解

1. 初始化阶段时序

主机                          SD卡
|                             |
|-- 发送至少74个CLK周期 -->   | （复位卡，进入IDLE状态）
|                             |
|-- 发送CMD0 (GO_IDLE_STATE) -->|
|                             |<-- 响应R1 (IDLE位=1)
|-- 发送CMD8 (SEND_IF_COND) -->| （检查SD卡版本）
|                             |<-- 响应R7 (电压范围、电气特性)
|-- 循环发送CMD55+ACMD41 --> | （初始化卡，等待退出IDLE状态）
|                             |<-- 响应R1 (IDLE位=0表示就绪)
|-- 发送CMD2 (ALL_SEND_CID) -->| （获取卡识别码）
|                             |<-- 响应R2 (CID数据)
|-- 发送CMD3 (SEND_REL_ADDR) -->| （分配相对地址RCA）
|                             |<-- 响应R1 (RCA值)

2. 数据传输时序

读操作（CMD17）

主机                          SD卡
|                             |
|-- 发送CMD17 (READ_SINGLE_BLOCK) -->|
|  参数：块地址                |
|                             |<-- 响应R1 (无错误)
|                             |
|                             |<-- 发送数据令牌 (0xFE)
|                             |<-- 发送数据块 (512字节)
|                             |<-- 发送CRC (16位)
|-- 发送ACK (通过CLK) -->      |

写操作（CMD24）

主机                          SD卡
|                             |
|-- 发送CMD24 (WRITE_SINGLE_BLOCK) -->|
|  参数：块地址                |
|                             |<-- 响应R1 (无错误)
|-- 发送数据令牌 (0xFE) -->    |
|-- 发送数据块 (512字节) -->   |
|-- 发送CRC (16位) -->        |
|                             |<-- 响应数据响应令牌
|                             |  (0x05=成功，其他=错误)
|                             |  (随后进入写状态，直到忙结束)

3. 关键时序参数

• CLK 周期：时钟信号的周期，决定传输速率。例如，50MHz 时钟对应 20ns 周期。

• 建立时间（Setup Time）：数据在 CLK 上升沿前必须稳定的时间。

• 保持时间（Hold Time）：数据在 CLK 上升沿后必须保持稳定的时间。

• 响应延迟：从发送命令到接收响应的时钟周期数。

三、SPI 模式时序特点

SPI 模式是 SDIO 的简化版本，主要特点：

• 单向通信：MOSI（主机→卡）和 MISO（卡→主机）分开。

• 片选信号：使用 DAT3 作为 CS（低电平有效）。

• 命令格式：

• 第 1 字节：命令码（最高位为 0）。

• 接下来 4 字节：命令参数。

• 最后 1 字节：CRC 校验（初始阶段可忽略）。

• 数据传输：主机先发送 CLK，卡根据 CLK 同步返回数据。

四、高速模式与时序优化

1. 高速模式（HS）

• 时钟频率可达 50MHz（SDIO 2.0）或 104MHz（SDIO 3.0）。

• 需要更严格的时序控制，如数据线上的差分信号（SDIO 3.0）。

2. 时序优化注意事项

• 走线长度：高速模式下，CLK、CMD、DAT 线需等长（误差 < 5mil），减少信号延迟差异。

• 端接电阻：高速信号需串联 33Ω 电阻抑制反射。

• 电源滤波：添加 10μF 和 0.1μF 电容并联滤波，稳定电源。

五、常见时序问题与排查

六、开发工具与调试方法

• 逻辑分析仪：抓取 CLK、CMD、DAT 信号，分析时序是否符合规范。

• 示波器：测量信号的上升 / 下降时间、电压幅度等参数。

• SD 卡测试仪：专业工具，可模拟主机发送标准 SD 命令，验证卡的响应。

总结

SDIO 时序是驱动 SD 卡的基础，理解初始化流程、数据传输模式和高速优化方法对成功开发至关重要。实际应用中需结合硬件设计（如 PCB 走线）和软件驱动（如命令发送时序）综合考虑，确保信号稳定和时序匹配。

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