4. SDIO模式初始化流程：CMD2获取CID、CMD3获取RCA、CMD9获取CSD、CMD7选中卡

好，咱们接着往下走。上一章我们把SD卡从空闲状态拉到了准备就绪，说白了就是让卡知道「我要开始干活了」。但这时候，主机对卡还一无所知——不知道它多大容量、什么品牌、支不支持高速模式。

所以这一章，我们要做四件关键的事：获取CID、获取RCA、获取CSD、选中卡。这四个步骤，是SDIO模式下初始化最核心的流程。我个人习惯把这四个命令称为「四步确认法」，少了哪一步，后面读写数据都会出问题。

核心要点：SDIO初始化流程中，CMD2、CMD3、CMD9、CMD7这四个命令必须按顺序执行，缺一不可。顺序错了，卡可能直接不响应。

4.1 整体流程概览

先看一张流程图，把整个脉络理清楚。你想想看，这就像你去酒店入住：先报名字（CMD2获取CID），然后前台给你房卡（CMD3获取RCA），你再确认一下房间信息（CMD9获取CSD），最后刷卡进门（CMD7选中卡）。

SDIO模式初始化流程 开始初始化 步骤1: CMD2 - 获取CID 获取卡的唯一标识符（制造商、序列号等） 步骤2: CMD3 - 获取RCA 分配相对卡地址（后续通信的标识） 步骤3: CMD9 - 获取CSD 获取卡的具体参数（容量、速度等级等） 步骤4: CMD7 - 选中卡 选中指定RCA的卡，进入数据传输模式

嗯，这里要注意：CMD2和CMD9都是读寄存器操作，但读的内容完全不同。CMD2读的是CID寄存器（128位），CMD9读的是CSD寄存器（128位）。我刚开始做的时候，曾经把这两个命令搞混过，结果解析出来的数据完全不对。

4.2 CMD2：获取CID（卡标识寄存器）

CMD2的全称是ALL_SEND_CID。为什么叫「ALL」？因为这条命令是广播给总线上所有卡的。在SDIO模式下，总线上可能挂多张卡，但CMD2会让所有卡同时返回自己的CID。

CID寄存器里存了什么？说白了就是卡的身份证信息：

位域 宽度（位） 描述
MID 8 制造商ID（如Sandisk=0x02, Toshiba=0x11）
OID 16 OEM/应用ID（两个ASCII字符）
PNM 40 产品名称（5个ASCII字符）
PRV 8 产品版本（BCD码，如0x10表示1.0）
PSN 32 产品序列号
MDT 12 生产日期（年+月）
CRC 7 CRC校验
保留 1 固定为1

实战技巧：我在项目中遇到过，有些国产SD卡的MID值不在标准列表中。这时候不要慌，只要CRC校验通过，数据就是有效的。你可以把未知的MID记录下来，后续做兼容性处理。

发送CMD2的代码很简单，但要注意响应格式：

// 发送CMD2，获取CID
// 参数：无（固定为0）
// 响应：R2（长响应，136位）
uint8_t sd_cmd2_get_cid(uint8_t *cid_buf) {
    sd_cmd_t cmd;
    cmd.index = 2;           // CMD2
    cmd.arg = 0x00000000;    // 参数固定为0
    cmd.resp_type = RESP_R2; // 长响应
    
    if (sd_send_cmd(&cmd) != SD_OK) {
        return SD_ERR_CMD_TIMEOUT;
    }
    
    // 从响应中提取128位CID数据
    // R2响应包含16字节的CID + 1字节CRC
    memcpy(cid_buf, cmd.response, 16);
    return SD_OK;
}

这里有个坑：R2响应是136位的，包含128位数据+8位CRC。但实际提取时，我们只需要前128位。我曾经在这里栽过跟头，把CRC位也当成了CID数据的一部分，结果解析出来的产品名称全是乱码。

4.3 CMD3：获取RCA（相对卡地址）

拿到CID之后，下一步就是给卡分配一个「短地址」。CMD3的作用就是让卡返回一个16位的RCA，后续所有针对这张卡的通信，都用这个RCA来标识。

为什么不用CID直接通信？因为CID有128位，每次通信都带这么长的地址太浪费带宽。RCA只有16位，效率高得多。

注意：CMD3是点对点命令，不是广播。发送CMD3时，参数中要带上之前获取的CID（高32位），这样卡才能确认是在跟它说话。如果总线上只有一张卡，参数可以填0。

// 发送CMD3，获取RCA
// 参数：cid_high - CID的高32位（用于匹配卡）
// 返回：16位RCA
uint16_t sd_cmd3_get_rca(uint32_t cid_high) {
    sd_cmd_t cmd;
    cmd.index = 3;
    cmd.arg = cid_high;      // 用CID高32位匹配卡
    cmd.resp_type = RESP_R6; // 短响应，包含RCA
    
    if (sd_send_cmd(&cmd) != SD_OK) {
        return 0;  // 返回0表示失败
    }
    
    // R6响应中，RCA在高16位
    uint16_t rca = (cmd.response[0] >> 16) & 0xFFFF;
    return rca;
}

嗯，这里有个细节：RCA是卡自己生成的，不是主机分配的。主机只是发个命令，卡内部会生成一个唯一的16位地址返回。我见过有些卡每次上电生成的RCA都不一样，这很正常。

4.4 CMD9：获取CSD（卡特定数据寄存器）

有了RCA之后，我们就可以针对某张卡查询它的详细参数了。CMD9就是干这个的——读取CSD寄存器。

CSD寄存器里包含的信息非常丰富：

  • 存储容量：通过C_SIZE、C_SIZE_MULT、READ_BL_LEN计算
  • 速度等级：TRAN_SPEED字段标识最大传输速度
  • 块大小：READ_BL_LEN和WRITE_BL_LEN
  • 擦除块大小：ERASE_BLK_EN和SECTOR_SIZE
  • 写保护：WP_GRP_ENABLE和WP_GRP_SIZE

关键公式：SD卡容量 = (C_SIZE + 1) × 2^(C_SIZE_MULT + 2) × 2^(READ_BL_LEN) 字节

这个公式我每次写驱动都要翻手册确认，因为不同版本的CSD格式略有差异。CSD 1.0和CSD 2.0的计算方式不一样，SDHC/SDXC卡用的是CSD 2.0。

// 发送CMD9，获取CSD
// 参数：rca - 目标卡的相对地址
// 输出：csd_buf - 16字节CSD数据
uint8_t sd_cmd9_get_csd(uint16_t rca, uint8_t *csd_buf) {
    sd_cmd_t cmd;
    cmd.index = 9;
    cmd.arg = (uint32_t)rca << 16;  // RCA放在高16位
    cmd.resp_type = RESP_R2;        // 长响应
    
    if (sd_send_cmd(&cmd) != SD_OK) {
        return SD_ERR_CMD_TIMEOUT;
    }
    
    memcpy(csd_buf, cmd.response, 16);
    return SD_OK;
}

// 解析CSD，获取容量（以MB为单位）
uint32_t sd_parse_csd_capacity(uint8_t *csd) {
    // 这里以CSD 2.0为例（SDHC/SDXC）
    uint32_t c_size = ((csd[7] & 0x3F) << 16) | (csd[8] << 8) | csd[9];
    // 容量 = (C_SIZE + 1) × 512K 字节
    uint64_t capacity = (uint64_t)(c_size + 1) * 512 * 1024;
    return (uint32_t)(capacity / (1024 * 1024));  // 转换为MB
}

我个人习惯在解析CSD之后，把关键参数打印出来做验证。比如容量对不对、速度等级是否匹配。有一次我发现一张标称32GB的卡，解析出来只有28GB，后来发现是卡被分区过，CSD里记录的是分区后的容量。

4.5 CMD7：选中卡

最后一步，也是很多人容易忽略的一步——选中卡。CMD7的作用是把卡从Standby状态切换到Transfer状态。只有处于Transfer状态的卡，才能进行读写操作。

CMD7的格式很简单：

// 发送CMD7，选中卡
// 参数：rca - 要选中的卡地址
// 如果rca=0，表示取消选中当前卡
uint8_t sd_cmd7_select_card(uint16_t rca) {
    sd_cmd_t cmd;
    cmd.index = 7;
    cmd.arg = (uint32_t)rca << 16;
    cmd.resp_type = (rca == 0) ? RESP_NONE : RESP_R1;
    
    return sd_send_cmd(&cmd);
}

重要：选中卡之后，一定要检查响应状态。如果卡返回的R1响应中STATE位不是tran状态，说明卡还没有准备好。我曾经遇到过卡返回prg状态的情况，这时候强行读写数据，会导致总线挂死。

还有一个技巧：取消选中卡也很常用。比如你要切换操作另一张卡，先发CMD7（rca=0）取消当前卡，再发CMD7选中新卡。这个操作在SDIO多卡环境中特别重要。

4.6 完整的初始化序列

把上面四个步骤串起来，就是一个完整的SDIO初始化序列：

uint8_t sdio_init_card(sd_card_t *card) {
    uint8_t cid[16], csd[16];
    uint16_t rca;
    
    // 步骤1: 获取CID
    if (sd_cmd2_get_cid(cid) != SD_OK) {
        return SD_ERR_INIT_FAIL;
    }
    memcpy(card->cid, cid, 16);
    
    // 步骤2: 获取RCA
    uint32_t cid_high = (cid[0] << 24) | (cid[1] << 16) | (cid[2] << 8) | cid[3];
    rca = sd_cmd3_get_rca(cid_high);
    if (rca == 0) {
        return SD_ERR_INIT_FAIL;
    }
    card->rca = rca;
    
    // 步骤3: 获取CSD
    if (sd_cmd9_get_csd(rca, csd) != SD_OK) {
        return SD_ERR_INIT_FAIL;
    }
    memcpy(card->csd, csd, 16);
    card->capacity_mb = sd_parse_csd_capacity(csd);
    
    // 步骤4: 选中卡
    if (sd_cmd7_select_card(rca) != SD_OK) {
        return SD_ERR_INIT_FAIL;
    }
    card->state = CARD_STATE_TRANSFER;
    
    return SD_OK;
}

避坑指南：我曾经在STM32F4平台上移植这个流程时，发现CMD2总是超时。排查了半天，原来是SDIO时钟频率设置太高了。初始化阶段，时钟频率不要超过400KHz，等卡进入Transfer状态后再切换到高速模式。这个坑很多新手都会踩。

好了，到这里SDIO模式的初始化流程就走完了。你现在应该能理解，为什么我说这四个命令是「四步确认法」——每一步都在为后续的数据传输铺路。拿到CID确认身份，分配RCA简化通信，读取CSD了解能力，最后选中卡进入工作状态。环环相扣，少一步都不行。

上一章 返回目录 下一章