通用串行总线(英语:Universal Serial Bus,缩写:USB)是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范。
它只有4根线,两个电源(5V,地线),两个数据线(D+,D-)。,故信号是串行传输的,即按照传输时钟脉冲的节奏一位一位的传输。usb接口也称为串行口。

usb接口的4根线一般是下面这样分配的,需要注意的是千万不要把正负极弄反了,否则会烧掉usb设备或者电脑的南桥芯片:黑线:gnd 红线:vcc 绿线:data+(DP) 白线:data-(DM)

一、接口结构图

下图就是接口图,分别是+5V(电源)、DATA+(传输数据端+ DP)、DATA-(传输数据端- DM)、和GND(地线)。

(DM,DP是用来传输数据的,VCC,GND充电。)

二、数据传输过程

注:后文中将USB设备均举例为U盘。

2.1 首先是主机识别U盘

先说说USB主机是怎么识别一个U盘的吧,当你把一个U盘插到电脑上的时候,电脑的USB接口上会发生一些变化。U盘会把DP(D-)拉高,使DP,DM保持一个J状态(即:DP为高DM为低),电脑主板的USB主机芯片检测到这个J状态(DP(D-)拉高),知道有设备连接上了(这里提到的主机和设备是指连接在USB线两端的USB接口芯片),电脑的驱动会对连接上的这个设备进行识别,我们把它叫做列举,这个过程是为了让电脑知道连接上的这个设备是什么东西(是U盘,还是USB鼠标,还是USB键盘,或是其他的什么)。

2.2 然后开始传输数据

然后再看USB数据是怎么在DM,DP上传输的,当主机检测到有设备连接上,驱动先会对这个设备作些必备的事情,识别他的速度(这个过程又有很多协议,要了解的仔细研究协议),然后就是复位等等。之后就开始在总线(DM,DP)上发送1ms间隔的SOF包(全速)或125us间隔的SOF包(高速)。

USB数据都是以包的形式发出的,包都有固定的格式,它以一个sync(synchronous 同步)开始,以一个eop(end of packet,包结束)结束,SOF 包也是一样的。 下面是包的结构图:

其中PID(packet  ID 包的ID)是说明这个包是什么包,即包的类型。

GPIO的英文全称General-Purpose Input /Output Ports,中文意思是通用I/O端口。

在嵌入式系统中,经常需要控制许多结构简单的外部设备或者电路,这些设备有的需要通过CPU控制,有的需要CPU提供输入信号。并且,许多设备或电路只要求有开/关两种状体就够了,比如LED的亮与灭。对这些设备的控制,使用传统的串口或者并口就显得比较复杂,所以,在嵌入式微处理器上通常提供了一种“通用可编程I/O端口”,也就是GPIO。

一个GPIO端口至少需要两个寄存器,一个做控制用的“通用IO端口控制寄存器”,还有一个是存放数据的“通用I/O端口数据寄存器”。数据寄存器的每一位是和GPIO的硬件引脚对应的,而数据的传递方向是通过控制寄存器设置的,通过控制寄存器可以设置每一位引脚的数据流向。

(GPIO相关的寄存器有,IOPIN、IOSET、IOCLR、IODIR四个寄存器。)

SDIO接口是在SD内存卡接口的基础上发展起来的接口,SDIO接口兼容以前的SD内存卡,并且可以连接SDIO接口的设备。

SDIO1.0标准定义了两种类型的SDIO卡:

1.全速的SDIO卡,传输率可以超过100Mbps;

2.低速的SDIO卡,支援的时脉速率在0至400KHz之间。

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支来支持低速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,电视卡以及组合卡等。组合卡指的是存储器+SDIO,对组合卡来操作需要全速和4BIT的传输模式,这是SDIO1.0标准规定的。

SDIO卡是在SD内存卡接口的基础上发展起来的接口,SDIO接口兼容以前的SD内存卡,并且可以连接SDIO接口的设备,目前根据SDIO协议的SPEC,SDIO接口支持的设备总类有蓝牙,网卡,电视卡等。
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。
SDIO和SD卡的SPEC间的又一个重要区别是增加了低速标准。SDIO卡只需要SPI和1位SD传输模式。低速卡的目标应用是以最小的硬件开支来支持低速I/O能力,低速卡支持类似MODEM,条形扫描仪和GPS接收器等应用。对组合卡来说,全速和4BIT操作对卡内存储器和SDIO部分都是强制要求的。
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。
SDIO总线
SDIO总线和USB总线类似,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端只要能解溪HOST的命令,就可以同HOST进行通信了。
SDIO的HOST可以连接多个DEVICE,如下图所示:
这个是同SD的总线一样的,其中有如下的几种信号
1.       CLK信号:HOST给DEVICE的时钟信号.
2.       CMD信号:双向的信号,用于传送命令和反应。
3.       DAT0-DAT3 信号:四条用于传送的数据线。
4.       VDD信号:电源信号。
5.       VSS1,VSS2:电源地信号。
在SDIO总线定义中,DAT1信号线复用为中断线。在SDIO的1BIT模式下DAT0用来传输数据,DAT1用作中断线。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:
SDIO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。
1.       Command:用于开始传输的命令,是由HOST端发往DEVICE端的。其中命令是通过CMD信号线传送的。
2.       Response:回应是DEVICE返回的HOST的命令,作为Command的回应。也是通过
CMD线传送的。
3.       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。
对于读命令,首先HOST会向DEVICE发送命令,紧接着DEVICE会返回一个握手信号,此时,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。
对于写命令,首先HOST会向DEVICE发送命令,紧接着DEVICE会返回一个握手信号,此时,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(0~7),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,这个纪录着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。
这些寄存器的详细分区已经其对应的功能,在开发过程中都是需要仔细研读的,这些都在协议的SPEC中都有详细说明,这里就不在罗索了。
基于ARM含SD控制器的SD卡的SDIO模式驱动解析
SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。
SD卡的结构能保证数字文件传送的安全性,也很容易重新格式化,因此越来越多的被应用的嵌入式系统中。SD卡的使用非常方便,常见的有两种工作模式:SPI和SDIO。SPI是串行的工作模式,速度相对较低,但是使用方便,只要MCU含有SPI接口均可使用。SDIO模式,可以最多4线传输,因此速度比较快,由于SD卡的普及,越来越多的MCU内部集成了SDIO控制器,简化了我们的工作。本文以三星s3c2410为例介绍。
2.    SD卡的协议
SD卡的控制指令非常强大,支持SPI,SDIO模式,兼容MMC等。而且不同的
指令有不同的响应(3种),这在我们使用指令是要注意的。

转载于:https://www.cnblogs.com/klb561/p/8996795.html

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