W801的SDK中的SDIO与Fatfs优化

一.项目概述

在使用默认的SDK的SDIO与FATFS过程中，发现原SDK存在如下几个问题：

【1】无法识别大小为2G以下的卡

【2】fatfs无法正常挂载2G以下的卡

【3】将主频修改至240M后，卡片读写会出现问题

因此我对原来SDK的SDIO驱动和Fatfs的移植部分进行了修改，并解决了这几个问题。

二.主频问题

【1】问题描述，在SDK的wm_main.c中存在如下的函数，是用来设置CPU的总线频率，最高为240M。为了更好的释放性能，我将其调整至了240M后出现了SD卡的读写不正常的问题。

tls_sys_clk_set(CPU_CLK_240M);

1

【2】问题的原因：SDIO在mmc模式下，且使用的SD卡片为默认速度配置的话，最高的输出频率只能为20M。W801的SDIO挂载在CPU的时钟总线上，通过分频得到，原来SDK中的默认分频数为1/6，当修改主频后，SDIO的总线频率也就变成了40M，超过上限无法正常读写。

【3】解决的办法：解决办法有两种，一个是修改分频寄存器的值，一个是修改SD卡的速度配置，我这里选择的是前者。SDIO分频的值对应表如下图所示；

因此当cpu主频设置为240M时，需要讲分频改为1/12才能不超过20M的上限，修改的位置在下面这个初始化配置函数中进行修改：

int wm_sdh_config(void)

{

    tls_sys_clk sysclk;

tls_sys_clk_get(&sysclk);

SDIO_HOST->MMC_CARDSEL = 0xC0 | (sysclk.cpuclk / 2 - 1);//0xd3; //enable module, enable mmcclk

SDIO_HOST->MMC_CTL = 0xEB;  //原来SDK中为D3，这里要实现分频为1/12，需要修改为EB，当主频变化时，这里也需要对应改变保证不超过20M

SDIO_HOST->MMC_INT_MASK = 0x100; //unmask sdio data interrupt.

SDIO_HOST->MMC_CRCCTL = 0xC0; //

SDIO_HOST->MMC_TIMEOUTCNT = 0xff;

return 0;

}

【修改后试验结果】

三.SDIO驱动与Fatfs修改

1.SD卡相关概念

【1】SD卡的分类：

SD卡由mmc卡发展而来，根据协议版本，容量大小可以分为若干种，因为W801最高支持sd2.0协议，因此我们面对的如下4类卡片：

1.mmc卡

2.SD卡：协议版本为SD1.0,容量大小0-2G

3.SDSC卡：协议版本为SD2.0,容量大小0-2G

4.SDHC卡：协议版本为SD2.0,容量大小2-32G

【2】不同SD卡的读写区别

2G以内的SD卡是字节寻址的，而2G以上的卡只能为块寻址。举个例子，当地址为0x01时，2G内的卡会判定为是从字节地址0x01开始读写，而2G以外的卡会判定成为从第一个块开始读写。

【3】SD卡的初始化与识别

根据SD2.0协议，上述四类卡片的识别过程如下图所示，我也写了一个中文版的导图附上。

2.SDK的驱动缺陷

如上面说到的初始化过程，主要通过cmd8以及acmd41返回的OCR寄存器的值来识别那四类卡片。这里我们看一下SDK的原代码可以发现，原SDK中对于CMD8命令是否响应未做区分，如果未读到response则直接判定为初始化失败。同时后续也未对OCR寄存器的CCS位做判断，导致其无法判断是为2G容量以内的SDSC卡还是2-32G的SDHC卡，将其统一识别为了SDHC卡，如上面的不同SD卡读写区别中可以看到2G以内的卡，是按字节寻址而2G以外的卡，为块寻址，因为原SDK不做区分导致2G以内的卡能成功初始化，但是会出现读写失败的问题。驱动有问题也会导致fatfs出现问题。

int wm_sd_card_initialize(uint32_t *rca)

{

int ret = -1;

uint32_t respCmd[4];

int recnt = 5;

wm_sdh_config();

//======================================================

// set up

// Test:  Init sequence, With response check

// CMD 0  Reset Card

// CMD 8  Get voltage (Only 2.0 Card response to this)

// CMD55  Indicate Next Command are Application specific

// ACMD41 Get Voltage windows

// CMD 2  CID reg

// CMD 3  Get RCA.

//======================================================

begin:

wm_sdh_send_cmd(0, 0, 0x04); //Send CMD0

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

delay_cnt(1000);

wm_sdh_send_cmd(8, 0x1AA, 0x44); //Send CMD8

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("CMD8 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if(respCmd[0] != 0x1AA || (respCmd[1] & 0xFF) != 8)

{

TEST_DEBUG("CMD8 Errorn");

printf("CMD8 Errorn");

if(recnt--)

goto begin;

goto end;                         //这里当5次读取cmd8后的response未成功时，会直接跳转到初始化失败，而未做区分

}

while(1)

{

wm_sdh_send_cmd(55, 0, 0x44); //Send CMD55

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("CMD55 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if((respCmd[1] & 0xFF) != 55)

{

printf("respCmd Errorn");

goto end;

}

wm_sdh_send_cmd(41, 0xC0100000, 0x44); //Send ACMD41

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

sm_sdh_wait_interrupt(3, 1000); //由于sd规范中，Acmd41返回的crc永远是11111，也就是应该忽略crc;这里的crc错误应该忽略。

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("ACMD41 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if((respCmd[1] & 0xFF) != 0x3F) //sd规范定义固定为0x3F,所以导致crc错误

{

printf("respCmd Error - 2n");

goto end;

}

if(respCmd[0] >> 31 & 0x1)

{

TEST_DEBUG("card is readyn");         //这里未对CCS位进行判断，无法区分SDSC与SDHC

printf("card is readyn");

break;

}

}

wm_sdh_send_cmd(2, 0, 0x54); //Send CMD2

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

sm_sdh_wait_interrupt(3, 1000);

wm_sdh_get_response(respCmd, 4);

sh_dumpBuffer("CMD2 respCmd", (char *)respCmd, 16);

if((respCmd[3] >> 24 & 0xFF) != 0x3F) //sd规范定义固定为0x3F,所以导致crc错误

{

printf("respCmd Error - 3n");

goto end;

}

wm_sdh_send_cmd(3, 0, 0x44); //Send CMD3

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("CMD3 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if((respCmd[1] & 0xFF) != 3)

{

printf("respCmd Error - 4n");

goto end;

}

*rca = respCmd[0] >> 16;

TEST_DEBUG("RCA = %xn", *rca);

ret = 0;

end:

return ret;

}

3.驱动修改

【1】修改wm_sdio_host.h，在该头文件的SD_CardInfo_t结构体中实际上已经定义了一个CardType的变量用来标识卡片类型，这里我们只需要添加3个宏定义来标明卡片类型。因为mmc卡片不太常用，因此我并没有增加mmc卡片的识别。

#define CardType_SD 0x01

#define CardType_SDSC 0x02

#define CardType_SDHC 0x03

//该结构体已经在头文件中定义，可以看到初始SDK已经定义了一个CardType的变量用来标识卡片类型

typedef struct

{

  long long CardCapacity;

  u32 CardBlockSize;

  u16 RCA;

  u8 CardType;

} SD_CardInfo_t;

【2】修改wm_sdio_host.c中的wm_sd_card_initialize函数，修改如下：

int wm_sd_card_initialize(uint32_t *rca)

{

int ret = -1;

uint32_t respCmd[4];

int recnt = 5;

u8 temp_type = 0x00;

wm_sdh_config();

//======================================================

// set up

// Test:  Init sequence, With response check

// CMD 0  Reset Card

// CMD 8  Get voltage (Only 2.0 Card response to this)

// CMD55  Indicate Next Command are Application specific

// ACMD41 Get Voltage windows

// CMD 2  CID reg

// CMD 3  Get RCA.

//======================================================

begin:

wm_sdh_send_cmd(0, 0, 0x04); //Send CMD0

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

delay_cnt(1000);

wm_sdh_send_cmd(8, 0x1AA, 0x44); //Send CMD8

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("CMD8 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if(respCmd[0] != 0x1AA || (respCmd[1] & 0xFF) != 8)

{

TEST_DEBUG("CMD8 Errorn");

if(recnt--)

goto begin;

temp_type =0x01; // 未收到回复则说明为SD1.0卡片 

}

while(1)

{

wm_sdh_send_cmd(55, 0, 0x44); //Send CMD55

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("CMD55 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if((respCmd[1] & 0xFF) != 55)

goto end;

wm_sdh_send_cmd(41, 0xC0100000, 0x44); //Send ACMD41

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

sm_sdh_wait_interrupt(3, 1000); //由于sd规范中，Acmd41返回的crc永远是11111，也就是应该忽略crc;这里的crc错误应该忽略。

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("ACMD41 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if((respCmd[1] & 0xFF) != 0x3F) //sd规范定义固定为0x3F,所以导致crc错误

goto end;

if(respCmd[0] >> 31 & 0x1)

{

TEST_DEBUG("card is readyn");

// 根据CCS位来判断为哪一类型的卡片

if ((respCmd[0] >> 30 == 0x3) && (temp_type == 0x0))

{

SDCardInfo.CardType = CardType_SDHC;

printf("nCardtype[%d]: SDHCn", SDCardInfo.CardType);

}

else if ((respCmd[0] >> 30 == 0x2) && (temp_type == 0x0))

{

SDCardInfo.CardType = CardType_SDSC;

printf("nCardtype[%d]: SDSCn", SDCardInfo.CardType);

}

else if (temp_type == 0x1)

{

SDCardInfo.CardType = CardType_SD;

printf("nCardtype[%d]: SDn", SDCardInfo.CardType);

}

break;

}

}

wm_sdh_send_cmd(2, 0, 0x54); //Send CMD2

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

sm_sdh_wait_interrupt(3, 1000);

wm_sdh_get_response(respCmd, 4);

sh_dumpBuffer("CMD2 respCmd", (char *)respCmd, 16);

if((respCmd[3] >> 24 & 0xFF) != 0x3F) //sd规范定义固定为0x3F,所以导致crc错误

goto end;

wm_sdh_send_cmd(3, 0, 0x44); //Send CMD3

sm_sdh_wait_interrupt(0, -1);

wm_sdh_get_response(respCmd, 2);

sh_dumpBuffer("CMD3 respCmd", (char *)respCmd, 5);

if((respCmd[1] & 0xFF) != 3)

goto end;

*rca = respCmd[0] >> 16;

TEST_DEBUG("RCA = %xn", *rca);

ret = 0;

end:

return ret;

}

【3】对于wm_sdio_host_demo.c的修改，这个demo没有对不同卡片进行区别采用不同操作，这里我们通过卡片类型来细化，使得所有卡片都能通过块读写的方式来进行读写。这里的两个读写函数都需要修改，这里展示sdh_card_wr_sb函数的修改，另一个函数同理。

static int sdh_card_wr_sb(uint32_t rca, uint8_t bus_width, const uint32_t tsize)

{

int ret = -1;

int i = 0;

char* buf = NULL;

char* bufR = NULL;

buf = tls_mem_alloc(512);

if(buf == NULL)

goto end;

bufR = tls_mem_alloc(512);

if(bufR == NULL)

goto end;

random_get_bytes(buf, 512);

TEST_DEBUG("bus width %sn", bus_width == 0 ? "1bit" : "4bits");

ret = wm_sd_card_set_bus_width(rca, bus_width);

if(ret)

goto end;

ret = wm_sd_card_set_blocklen(0x200); //512

if(ret)

goto end;

for(i=0; i<(tsize/512); i++)

{

//判断是否是SDHC卡，若是则为块寻址，否则为字节寻址，需要乘以512

if (SDCardInfo.CardType == CardType_SDHC)

{

ret = wm_sd_card_block_write(rca, i, buf);

}

else if ((SDCardInfo.CardType == CardType_SDSC) || (SDCardInfo.CardType == CardType_SD))

{

ret = wm_sd_card_block_write(rca, i * 512, buf);

}

if(ret)

goto end;

}

ret = wm_sd_card_query_status(rca, NULL);

if(ret)

goto end;

for(i=0; i<(tsize/512); i++)

{

if (SDCardInfo.CardType == CardType_SDHC)

{

ret = wm_sd_card_block_read(rca, i, bufR);

}

else if ((SDCardInfo.CardType == CardType_SDSC) || (SDCardInfo.CardType == CardType_SD))

{

ret = wm_sd_card_block_read(rca, i * 512, bufR);

}

if(ret)

goto end;

if(memcmp(buf, bufR, 512))

{

ret = -2;

goto end;

}

}

ret = 0;

end:

if(buf)

{

tls_mem_free(buf);

}

if(bufR)

{

tls_mem_free(bufR);

}

TEST_DEBUG("ret %dn", ret);

return ret;

}

【4】fatfs的diskio.c的修改，原来移植的fatfs文件系统读写函数也未对块读写和字节读写做区分，会无法成功挂载2G以内的卡需要对disk_write和disk_write函数做如下修改：

static int MMC_disk_write( BYTE *buff, LBA_t sector, UINT count)

{

int ret, i;

int buflen = BLOCK_SIZE*count;

    BYTE *wrbuff = buff;

if (((u32)buff)&0x3)

{

    wrbuff = tls_mem_alloc(buflen);

if (wrbuff == NULL) /*non aligned 4*/

{

return -1;

}

        memcpy(wrbuff, buff, buflen);

}

for( i = 0; i < TRY_COUNT; i++ )

{

    if(count == 1)

    {

//判断是否是SDHC卡，若是则为块寻址，否则为字节寻址，需要乘以512

if (SDCardInfo.CardType == CardType_SDHC)

{

ret = wm_sd_card_block_write(fs_rca, sector, (char *)wrbuff);

}

            else if ((SDCardInfo.CardType == CardType_SDSC) || (SDCardInfo.CardType == CardType_SD))

{

ret = wm_sd_card_block_write(fs_rca, sector * BLOCK_SIZE, (char *)wrbuff);

}

        }

        else if(count > 1)

    {

if (SDCardInfo.CardType == CardType_SDHC)