接口名称：SDIO
英文全称：Secure Digital Input/output (SD I/O)
中文：安全数字输入输出接口
标准维护：SDA(SD Card Association),由松下、东芝和SanDisk三家公司牵头成立。
以及SD Group.安全数字卡联盟
当前规范：www.sdcard.org
最新版本：V3.0（SD V6.0/2017年4月10日）
生效时间：2009.04.16
下一版本：
说明：SDIO规范定义了SDIO卡和嵌入式SDIO设备（Embedded SDIO Device），SDIO规范是应用SD总线和SD命令的一个总线。在此述及的SDIO是指Embedded SDIO Device,它必须符合SD PHY规范和SDIO规范。SPI模式是其一个可选模式。
一、接口结构
SDIO (Input/Output)是一种IO接口规范。目前，其最主要用途是为带有SD卡槽的设备进行外设功能扩展。SDIO卡是一种IO外设，而不是Memory，其外形与SD卡一致，可直接插入SD卡槽中。
一个完整的SDIO控制系统包括：SDIO/SD/MMC卡、主控制器硬件层以及由主控制器驱动、功能卡相关驱动、顶层应用程序组成的软件部分等。SDIO主控制器介于片上系统总线和外设卡之间，实现了系统总线信号到SD总线信号的转化，CPU对接在SDIO主控制器上的外设的操作只要符合APB的时序要求，而底层的细节处理交给SDIO主控制器来完成。
SDIO主控制器的主要功能包括：控制卡的读/写时序、命令生成与发送、响应接收与分析、数据发送与接收、硬件中断的处理、时钟域功耗的控制（主控制器必须提供频率可配置的时钟，因为外设卡的时钟由主控制器通过时钟线提供，需匹配不同种类的外设卡；同时时钟与功耗有着直接关联）等。
SDIO卡插入带有标准SD卡槽的设备后，如果该设备不支持SDIO，SDIO卡不会对SD卡的命令作出响应，处于非激活状态，不影响设备的正常工作；如果该设备支持SDIO卡，则按照规范的要求激活SDIO卡。
SDIO卡允许设备按IO的方式直接对寄存器进行访问，无须执行FAT文件结构或数据Sector等复杂操作。此外，SDIO卡还能向设备发出中断，这是与SD memory卡的本质区别。
SDIO总线也有两端，其中一端是主机（HOST）端，另一端是设备端（DEVICE），采用HOST- DEVICE这样的设计是为了简化DEVICE的设计，所有的通信都是由HOST端发出命令开始的。在DEVICE端只要能解析HOST的命令，就可以同HOST进行通信。
SDIO总线通信基于3种格式的比特流：命令包、响应包和数据包。
控制器要按照SDIO协议的格式给命令添加起始位、标志位、CRC校验位、停止位等。命令在写入命令寄存器后，通过CMD线传给外设卡，卡收到命令后在CMD线上返回特定的响应到主控制器，主控制器把响应存放到响应寄存器，用来对卡状态进行分析判断。
SDIO接口包括以下信号：
CLK:HOST给DEVICE的时钟信号.
CMD：双向信号，用于传送命令和反应。
DAT0-DAT3:四条用于传送的数据线，支持1位或4位两种数据宽度的传输。
VDD信号:电源信号。
VSS1&VSS2:地。
其中，DAT1线可复用为中断线，即在SDIO的1BIT模式下DAT0传输数据，DAT1作中断线；在SDIO的4BIT模式下DAT0-DAT3用来传输数据，其中DAT1复用作中断线。
SDIO命令：DIO总线上都是HOST端发起请求，然后DEVICE端回应请求。其中请求和回应中会数据信息。
Command:用于开始传输的命令，是由HOST端发往DEVICE端的，是通过CMD信号线传送的。
Response:DEVICE响应返回给HOST的命令，作为Command的回应，也是通过CMD线传送的。
Data:数据是双向的传送的。可以设置为1线模式，也可以设置为4线模式。数据是通过DAT0-DAT3信号线传输的。
SDIO的每次操作都是由HOST在CMD线上发起一个CMD，对于有的CMD，DEVICE需要返回Response，有的则不需要。
读命令：首先HOST会向DEVICE发送命令，紧接着DEVICE会返回一个握手信号，当HOST收到回应的握手信号后，会将数据放在4位的数据线上，在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个读传送完毕后，HOST会再次发送一个命令，通知DEVICE操作完毕，DEVICE同时会返回一个响应。
写命令：首先HOST会向DEVICE发送命令，紧接着DEVICE会返回一个握手信号，当HOST收到回应的握手信号后，会将数据放在4位的数据线上，在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个写传送完毕后，HOST会再次发送一个命令，通知DEVICE操作完毕，DEVICE同时会返回一个响应。
SDIO的寄存器：SDIO卡的设备驱动80%的任务就是操作SDIO卡上的有关寄存器。SDIO卡最多允许有7个功能（function）,这个同其功能号是对应的（1～7）,每个功能都对应一个128K字节大小的寄存器，这个见下面的图。功能号之所以取值范围是1~7，而没有包含0，是因为功能0并不代表真正的功能，而代表CIA寄存器，即Common I/O Area，这个记录着SDIO卡的一些基本信息和特性，并且可以改写这些寄存器。其中地址0x1000~0x17fff是SDIO卡的CIS区域，就是基本信息区域，Common Information Structure。初始化的时候读取并配对SDIO设备
SDIO接口的硬件结构如下图的示。即SDIO接口由1~4根数据线、1根时钟线和1根命令线构成。就是说SD总线包含以下信号：CLK为主机端HOST向Device设备端发送的时钟信号；CMD为双向的命令响应信号；DAT0～DAT3为4个双向的数据信号；VDD、VSS1及VSS2为电源和地信号。每个SDIO设备具有1至7个功能Function以及一个存储功能Memory Function。一个功能Function是一个自包含的IO设备，彼此之间可以完全相同也可以完全不同。
SDIO控制器中主要包括命令控制器、数据控制器、中断控制器、时钟功耗控制器和数据FIFO等模块。SDIO传输模式同SD卡一样，也有SPI 、1-bit 和 4-bit等3 种。需要注意的是：在SPI模式中，第8脚被当成中断信号(低电平有效)，其它脚的功能和通信协定与SD记忆卡的标准规范一样；而在1 bit模式中，8脚用作中断脚（低电平有效），9脚用作Read Wait(读等待)脚，其它脚的功能和通信协定与SD记忆卡的标准规范一样；而在4 bit模式中，没有专门的中断脚，中断功能的实现需要专门的中断周期（即在中断周期内，当8脚电平为低时，认为是中断）来实现。SDIO 3.0版本实现了UHS-I的速率，其最高可达104MB/S。
CD：Connect/Disconnect检测
RCLK由主机HOST端传输参考时钟给设备端Device，D0是数据差分对，它们由主机端传输数据、命令和其它包给设备端(下行)；D1也是数据差分对，它们由设备端传输响应、数据和其它包给主机端（上行）。
UHS-III最高速率可达6.24Gbps，它分为Range A、B、C及D等4个等级，其速率分别为156MB/S（8b/10b半双工）、312MB/S（8b/10b半双工）、321MB/S（8b/10b全双工）以及624MB/S（8b/10b全双工）。UHS-II可支持8K VIDEO和3D cameras/drones（无人机）。它包含三个差分对，即RCLK、D0和D1，如上图所示。Command, data and other packets or symbols are transmitted by D0 (basically from host to SD memory card) and D1 (basically from SD memory card to host) lanes.
Command
四种用于控制卡设备的指令类型，每个command都是固定的48位长度：
broadcast commands(bc)， no response：广播类型的指令，不需要有响应;
broadcast commands with response(bcr)：广播类型的指令且需要响应;
addressed(point-to-point) commands(ac)：由HOST发送到指定的卡设备，没有数据的传输;
address(point-to-point) data transfercommands(adtc)：由HOST发送到指定的卡设备且伴随有数据传输。
SD卡命令共分为12类，分别为class0到class11，不同的SDd卡，主控根据其功能，支持不同的命令集，如下:
Class0 :(卡的识别、初始化等基本命令集)
CMD0:复位SD 卡.
CMD1:读OCR寄存器.
CMD9:读CSD寄存器.
CMD10:读CID寄存器.
CMD12:停止读多块时的数据传输
CMD13:读 Card_Status 寄存器
Class2 (读卡命令集):
CMD16:设置块的长度
CMD17:读单块.
CMD18:读多块,直至主机发送CMD12为止 .
Class4(写卡命令集) :
CMD24:写单块.
CMD25:写多块.
CMD27:写CSD寄存器 .
Class5 (擦除卡命令集):
CMD32:设置擦除块的起始地址.
CMD33:设置擦除块的终止地址.
CMD38: 擦除所选择的块.
Class6(写保护命令集):
CMD28:设置写保护块的地址.
CMD29:擦除写保护块的地址.
CMD30: Ask the card for the status of the write protection bits
class7：卡的锁定，解锁功能命令集
class8：申请特定命令集 。
class10 －11 ：保留
Card register
主要的寄存器：OCR,CID,CSD,RCA和SCR。
Operation condition register(OCR)：32位的OCR包含卡设备支持的工作电压表；
Card identification number register (CID)：包含用于在卡识别阶段的卡信息，包括制造商ID，产品名等；
Card specific data register(CSD)：CSD寄存器提供了如何访问卡设备的信息，包括定义了数据格式，错误校验类型，最大访问次数，数据传输率等；
Relative card address register(RCA)：存放在卡识别阶段分配的相对卡地址，缺省相对卡地址为0000h；
SD card configuration register(SCR)：SCR是一个配置寄存器，用于配置SD memory card的特殊功能。
Response
所有的response都通过CMD线发送到host端，R4和R5响应类型是SDIO中特有的：
R1(normal response command)：用来响应常用指令；
R2(CID,CSD register)：用来响应CMD2、CMD10或CMD9，并把CID或CSD寄存器作为响应数据；
R3(OCR register):用来响应ACMD41指令，并把OCR寄存器作为响应数据；
R4(CMD5)：响应CMD5，并把OCR寄存器作为响应数据；
R5(CMD52)：CMD52是一个读写寄存器的指令，R5用于CMD52的响应；
R6(published RCA response)：分配相对卡地址的响应；
R7(card interface condition)：响应CMD8，返回卡支持的电压信息。
Response 格式：
二、工作原理
SDIO与SD接口的区别：SDIO协议是由SD卡的协议演化升级而来的，很多地方保留了SD卡的读写协议，同时SDIO协议又在SD卡协议之上添加了CMD52和CMD53命令。由于这个，SDIO和SD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准，低速卡的目标应用是以最小的硬件开始来支持低速I/O能力。低速卡支持类似调制解调器,条形码扫描仪和GPS接收器等应用。高速卡支持网卡，电视卡还有“组合”卡等，组合卡指的是存储器+SDIO。在非组合卡的SDIO设备里，其最高速度要只有达到25M，而组合卡的最高速度同SD卡的最高速度一样，要高于25M。此外，SD卡和SDIO卡还在一些commands, R6 register, reset, bus width, card detect resistor, data transfer block sizes, data transfer abort, some fixed sd memory registers有差异，具体差异可查阅simplified sdio card spec.pdf第四章4.2~4.10.
有两种SDIO功能类型：标准SDIO和非标准SDIO。
工作电压：高压2.7～3.6V ，低压1.70~1.95V(UHS-II)。SDIO3.0定义了8比特模式以及1个异步中断脚（低有效）、开漏输出Open Drain（需接上拉）
总线速率模式包括UHS-I、UHS-II及UHS-III：
1) 默认速率模式：3.3V信号，高达25MHz，数据速率12.5MB/S
2) 高速率模式：3.3V信号，高达50MHz，数据速率25MB/S
3) SDR12：UHS-I 1.8V信号，高达25MHz，数据速率12.5MB/S
4) SDR25：UHS-I 1.8V信号，高达50MHz，数据速率25MB/S
5) SDR50：UHS-I 1.8V信号，高达100MHz，数据速率50MB/S
6) SDR104: UHS-I 1.8V信号，高达208MHz，数据速率104MB/S
7) DDR50: UHS-I 1.8V信号，高达50MHz，双时钟边沿采样，数据速率50MB/S
8) UHS156: UHS-II，RCLK频率26~52MHz,最高1.56Gbps/Lane
9) UHS624: UHS-III，RCLK频率26~52MHz,最高6.24Gbps/Lane
UHS: Ultra High Speed
在上电后， SD存储卡默认只使用DAT0进行数据传输。CS信号在SPI处理（命令、响应和数据）期间必须连续有效。
SDIO接口硬件主要由三个部分组成：SDIO控制器、SD总线和SDIO卡。
SDIO控制器是SDIO接口与系统连接的部分，它与内部系统总线相连；SDIO控制器中主要包括命令控制器、数据控制器、中断控制器、时钟功耗控制器和数据FIFO等模块. SDIO控制器通过SD总线与SDlO卡进行命令和数据的交互。
SDIO卡是具体功能的实现单元；软件部分主要由控制器驱动、SDIO卡驱动和应用程序组成。SDIO接口的软硬件结构如下图所示。
SD总线传输命令、响应和数据。命令是由控制器通过命令线发往SDIO卡，是控制器通知SDIO卡动作的承载体，包括向SDIO卡传输的地址信息和参数，其格式.
响应是由SDIO卡发通过命令线往控制器，传输内容包括SDIO卡寄存器值、CRC校验码反馈信息等，其格式如下图所示.
SD总线的数据传输主要有两种模式：单数据线模式与多数据线模式。当传输数据量较小的情况下，可以选择单数据线传输模式，在此模式下，数据传输仅使用DAT0数据线；在传输数据量很大的情况下，可选择多数据线传输模式，此时使用全部四根数据线DAT0-DAT3。SD总线在数据传输时，可以进行块(block)传输。下图为单数据线模式，传输大小为512字节的数据块的传输格式。
当使用多数据线模式传输数据时，要使用全部四根数据线。此时对于传输的数据块而言，要将块内的数据按顺序从四根数据线上传输。下图为多数据线模式下，传输大小为512字节的数据块的传输格式。
三、应用设计
SDIO接口应用比较简单，注意区分SDIO2.0和SDIO3.0.其物理连接如下图所示。控制器向SD总线提供的电压值有三种：3.3V，3.0V和1.8V. 在初始化阶段SDIO接口的工作电压为2.0V~3.6V，在正常工作阶段其1=作电压为3.1V~3.5V。在选择合适的工作作电压前，控制器驱动首先要检卉将要设定的电压值是否被忙和SD总线所支持，否则如果选择了SDIO卡或者SD总线不支持的电压值，控制器将不能向SD总线正常提供电流。在选择了正确的电压值后，控制器驱动程序通过设置SD总线能量(power)寄存器，开始向SD总线提供电流。
在SDIO HOST端的数据线DATA0~3上必须接上拉电阻。注意SPI和1位数据传输模式的中断不同。
SD卡使用的是SD卡协议，而SDIO卡使用的是SDIO协议！
SDIO-Wifi 模块
SDIO-Wifi 模块是基于 SDIO 接口的符合 wifi 无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户主平台数据通过SDIO口到无线网络之间的转换。
SDIO 具有传输数据快，兼容SD、MMC接口等特点。
对于SDIO接口的wifi，首先，它是一个sdio的卡的设备，然后具备了wifi的功能。
所以，注册的时候还是先以sdio的卡的设备去注册的。然后检测到卡之后就要驱动他的wifi功能。
SDIO协议是由SD卡的协议演化升级而来的，很多地方保留了SD卡的读写协议，同时SDIO协议又在SD卡协议之上添加了CMD52和CMD53命令
以IO_SEND_OP_COND命令为例包含以下部分：
S（开始位） 总为0
D（方向位） 1 从host到 device （0 从device到host）
命令索引： 通过值000101B来
填充位 0
IO_OCR 运转条件寄存器所支持的VDD的最小值和最大值
CRC7 7位CRC校验数据
E（结束位） 总为1
MMC命令总共有40多个，分为class0 ~class7共8类，class0的所有卡必须支持。驱动程序通过发送cmd1、cmd41来区分sd卡和mmc卡，如果发送cmd1返回成功，则为mmc卡，否则发送cmd41返回成功，则为sd卡。
Linux mmc子系统驱动架构如下：
Linux kernel把mmc,sd以及sdio三者的驱动代码整合在一起，俗称mmc子系统。源码位于drivers/mmc下。其下有三个子目录，分别是：
其中，card用于构建一个块设备作为上层与mmc子系统沟通的桥梁；core抽象了mmc,sd,sdio三者的通用操作；Linux下的任何驱动在内核中最终都抽象为bus, driver以及device三者间的相互作用。host则是各类平台上的host驱动代码.Kernel/drivers/mmc下有三个目录的作用分别为：
1） card 这个目录是衔接最上层应用的接口，应用层使用sd卡一般都是通过文件系统来操作的，card目录里面的代码就是让sd卡成为一个块设备，这样应用层就可以把它当作磁盘来操作了。
2） core 这个目录是MMC子系统的核心，里面实现了card和host要用到的一些通用的函数接口和数据结构，它起到衔接作用，可以看作成中间层，是MMC总线驱动程序。mmc/sd/sdio协议部分就是在这个文件夹里面实现的（card目录里面也会涉及到协议）。
3） host 这个目录存放了各个mmc/sd/sdio控制器的代码，最终操作mmc/sd/sdio卡的部分 (硬件通讯接口)就是在这里实现的。
重要的数据结构位于core核心层，主要用于核心层与主机驱动层的数据交换处理。/include/linux/mmc/host.h
struct mmc_host用来描述卡控制器
Struct mmc_card 用来描述卡
Struct mmc_driver 用来描述mmc卡驱动
Struct sdio_func 用来描述功能设备
Struct mmc_host_ops 用来描述卡控制器操作接口函数功能，用于从主机控制器层向core 层注册操作函数，从而将core 层与具体的主机控制器隔离。也就是说 core 要操作主机控制器，就用这个 ops 当中给的函数指针操作，不能直接调用具体主控制器的函数.
Mmc子系统涉及到三条总线。
Host驱动相应的driver和device挂载在Linux内核内置的虚拟抽象总线platform_bus_type
两者的匹配采用名称匹配的方式，即driver和device两者的name一样则认为该device对应该driver，这里是”omap_hsmmc”。
Card驱动相应的driver和device挂载在mmc自己创建的虚拟总线mmc_bus_type下，直接匹配。
Sdio驱动相应的driver和device挂载在mmc自己创建的虚拟总线sdio_bus_type下，ID匹配。
注意：Linux内核中，匹配函数默认使用bus注册的匹配函数，如果bus没有注册则使用driver注册的匹配函数。所以，一般自己创建虚拟总线时，其匹配函数和driver的匹配函数都是一致的。
我们知道host在扫描卡的过程中，其识别的顺序为SDIO-> SD MMC，并且从它的注释可以看出，这个顺序是很重要的。那这篇文章，我们就看看SDIO的识别过程，它对应的函数就是mmc_attach_sdio(host) (函数位于文件drivers/mmc/core/sdio.c)
这个函数大概来说做了如下的工作
1、向卡发送CMD5命令，该命令有两个作用：第一，通过判断卡是否有反馈信息来判断是否为SDIO设备（只有SDIO设备才对CMD5命令有反馈，其他卡是没有回馈的）；第二，如果是SDIO设备，就会给host反馈电压信息，就是说告诉host，本卡所能支持的电压是多少多少。
2、host根据SDIO卡反馈回来的电压要求，给其提供合适的电压。
3、初始化该SDIO卡
4、注册SDIO的各个功能模块
5、注册SDIO
对于以上功能的具体解释，下面将结合程序娓娓道来：
1、CMD5命令的发送
第789行的函数就是发送的CMD5命令，如果卡对该命令有回馈的话，err就是0，否则，err为非0，直接退出了；并且需要重点说明的一点就是，该函数的最后一个参数ocr,它是存储反馈命令的，SDIO设备对CMD5的反馈命令为R4，下面来仔细分析一下这个R4，因为后面要用到这个R4命令。从SDIO spec文档里面，我们能得到R4命令的格式
从上图可以看出，该命令有48位，但我们的ocr变量是32位的，那怎么存储呢？系统就去掉原命令的开头8位以及结尾的8位，只保留中间的32为，也就是截短后的命令格式是如下：
具体各位的描述如下：
C -- 1位
Number 0f IO functions 3位 每个SDIO设备都有功能块，表明该设备有多少个功能块，最多7个
Memory Present – 1位，指明该设备是纯粹只有功能块的设备，还是同时包含了存储空间，如果为0就是前者，如果是1就是后者
Stuff Bits --3位，没有实际用途一般为0
I/O OCR – 24位，该设备所能支持的电压范围（具体描述见sdio spec）
2、配置电压
ocr就是我们上面讲的反馈命令R4（截短之后的32位），那么ocr&0x7f的意义是什么呢？从R4的格式就可以看出来，其低24位就代表了所能支持的电压范围，我们再来详细的看一下这24位的OCR格式
现在应该可以知道ocr&0x7f的意义了吧，就是摈弃那些保留的电压范围。
重点关注mmc_select_voltage
第1080行的相与 过程就是判断host实际所支持的电压与card所需要的电压是否匹配，如果匹配，那么ocr的值就非0，否则就为0
简单介绍下第1082行的ffs函数，它的作用就是返回参数中第一个为1的bit的位置（ffs(0)=0,ffs(1)=1,ffs(8)=4）,那么该函数用在这里的作用就是取出card需要的实际电压是多少；
第1090行的mmc_set_ios函数里面通过调用sdhci_set_power将host->ios.vdd所代表的电压写入寄存器PWRCONn中 完成那个对电压的重新配置（想要了解更详细的过程，请跟踪源代码）。
3、初始化SDIO卡
第821行就是初始化SDIO卡的函数，这个函数很长，也很重要，这里笔者就不列出其程序代码，只是列出其中最重要的几条：
n 通过函数mmc_alloc_card分配一个mmc_card的变量card
n 通过读取R4命令中的bit27（也就是Memory Present）来判断此卡是纯IO卡还是同时包含存储功能。笔者使用的WIFI模块为纯IO功能，所以card->type = MMC_TYPE_SDIO(这个很重要，以后会用到) （接下来重点分析MMC_TYPE_SDIO的情况）
n 通过发送CMD3命令获取设备的从地址（relative addr）,并且存放在变量card->rca中。笔者使用的WIFI模块的card->rca = 1
n 通过发送CMD7，选中相应从地址的卡
n 通过调用函数mmc_set_clock设置卡工作的时钟频率
n 通过发送CMD52命令，设置4位数据传输模式。
4、注册SDIO功能模块
847行的变量funcs存储该SDIO卡所包含的IO功能块的个数，851行到857行就是逐一初始化各个IO功能块，下面来重点看一下该函数的内容:
第71行就是分配sdio_func结构体变量，该结构体存储了功能块的参数。
第75行就是给功能块编号，编号是从1到7（因为一个SDIO设备最多只有7个功能块），存储在变量func->num中。
第78行就是读取SDIO卡中的FBR寄存器中关于该卡的功能类型的数据，存储在func->class变量中（具体关于FBR寄存器内容，可以参考SDIO spec文档）
第82行就是读取SDIO卡中的CIS寄存器的内容
上面的程序就是将功能模块逐个的注册进设备模型，这里想重点说明一下注册的名称（name），它是由三部分组成的，每部分之间用冒号隔开（即 host的名称：rca：功能块编号） 。具体到笔者使用的WIFI模块，因为其host名称是mmc2 ,rca = 1,并且有两个功能模块(功能模块编号分别是1和2)，所以在/sys/bus/sdio/devices目录下能见到如下两个设备名
mmc2:0001:1
mmc2:0001:2
5、注册SDIO卡
上面的mmc_add_card函数就是注册card（这个card是在第3部分，初始化SDIO卡 里面分配和定义的）
第259行就是给card命名，格式为host名字：从地址,对于笔者的WIFI模块 就是mmc2:0001
第261到273行就是根据card->type来分辨出card的类型，给赋予相应的字符串，笔者的WIFI模块就是"SDIO"
第275行就是打印信息，具体不解释 笔者的打印信息为 mmc2:new high speed SDIO card at address 0001(通常可以通过查看内核启动信息中是否有该语句来判断card是否被正确识别)
第283行 就是将card注册进linux设备模型 注册结果就是可以在/sys/bus/mmc/devices目录下见到card 的名字，笔者的就是mmc2:0001。
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