SD 卡（Secure Digital Memory Card）是由日本松下、東芝及美國 SanDisk 公司於 1999 年 8 月在 MMC 卡（Multi Media Card）基礎上共同研製而成的具有大容量、高性能、安全性好等特點的多功能存儲卡。
由於 SD 卡通過 9 針的硬件接口與專門的驅動器接口相連接，不需要外接電源維持記憶信息，而且作為一體化固體介質，沒有任何移動部件，所以不用擔心機械移動帶來的損壞。由於 SD 卡讀／寫速度快、移動靈活性好、安全性強，加之體積很小，SD 卡被廣泛使用於嵌入式便攜移動裝置上作為嵌入式系統的數據存儲設備，如：數碼相機、PDA 和多媒體播放器等。SD 卡用於 ReWorks 嵌入式系統，必須要開發相應的驅動程序。
1 SD 卡操作流程
SD 卡具備 SPI 和 SD 兩種總線模式，這兩種模式下的卡的初始化過程和讀／寫過程各有特點，具體驅動程序的實現細節不同。SD 卡有 SD 和 SPI 兩種通信模式，前者可獲得比後者更高的通信速率。在 SD 模式下的總線協議類似於問答方式，先由主機向卡發送 CMD指令接著被尋址的卡做出響應，根據接收的主機指令的不同，響應幀內容和長度也不同，具體有 4 種 R1，R2，R3 和 R6，其中 R1，R3，R6 總長為 48 位，R2 總長為 136 位，響應幀格式如圖 1 所示。幀傳輸總是以高位開始，低位結束。本文采用 SD 總線模式對 SD 卡進行操作。
1．1 SD 卡初始化過程
在對 SD 卡進行讀／寫操作前必須對卡進行初始化，在卡的初始化過程中所有的主機與卡的通信都只走命令接口。在識別模式下主機對卡進行軟復位，由卡發佈 RCA（Relative Card Address）地址，主機對其確認，此後主機用 RCA 地址對相應的卡進行操作。上電覆位或者發送 CMD0 可使 SD 卡進入空閒模式（IdleState），總線激活後，在 SD 模式下應該用 CMD55（APP_CMD）命令（其中 RCA=0x0000）對卡進行操作，以使卡將下一指令解釋為應用指令即 ACMD，再用 ACMD41（SD_SEND_OP_COND）對卡進行操作，卡對該指令的響應將記錄在操作條件寄存器中，同時不兼容韻卡將進入非活動狀態（Inactive State），此後主機發出 CMD2（ALL_SEND_CID）指令，獲取卡的識別編碼，獲取識別碼後，主機將發出 CMD3（SEND_RE-LATIVE_ADDR）指令獲取 RCA 地址。以上為 SD 卡初始化的基本流程，此後主機將用 RCA 地址對卡進行讀／寫操作，SD 卡在 SD 模式下的初始化的詳細狀態轉換圖如圖 2 所示。
1．2 SD 卡讀／寫過程
卡的讀／寫過程是主機通過 CMD 物理接口向卡發出相關指令，對卡進行讀或者寫操作，讀和寫操作都有單塊和多塊的區別，根據 SD 卡協議規範，在進行讀／寫操作之前，先發送 CMD16（SET_BLOCKLEN）命令來設置塊大小。實現單塊讀和寫操作分別用 CMD17（READ_SINGLE_BLOCK）和 CMD24（WRITE_BLOCK）命令，實現多塊讀和寫操作分別用 CMD18（READ_MULTIPLE_BLOCK）和 CMD25（WRITE_MUL TIPLE_BLOCK）命令。主機和 SD 卡之間通過 FIFO 管道進行數據交換，因此讀和寫函數模塊中且在數據交換之前，必須要對 FIFO 進行復位，通過對 S3C2440 的 SD 卡接口模塊中的 SDI-FSTA 寄存器操作即可完成 FIFO 復位。在對卡讀／寫的過程中必須要注意在進行多塊讀和寫操作完成後必須用 CMD12（STOP_TRANSMISSION）指令結束讀／寫操作，將卡轉入傳輸狀態（Transfer State）。
2 、ReWorks 平臺 SD 卡設備驅動程序的設計
同其他操作系統一樣 ReWorks 抽象了對設備的處理。所有的硬件設備都像常規文件一樣看待，它們可以使用和操作文件相同的、標準的系統調用來打開、關閉和讀／寫。系統中的每一個設備都用一個設備文件代表。
在創建具體的 SD 卡設備之前必須要在內存區中開闢一塊空間，實現形式為：dev_table=（SDCARD_DEV*）malloc（sizeof（SDCARD_DEV）*max_SD_devices）；SDCARD_DEV 結構體包含了 block_device_operations 結構和 SD 卡相關屬性，block_device_operations 結構體如下所示：
該結構體對於塊設備驅動程序來講非常重要。因為用戶進程通過設備文件同硬件打交道，對設備文件的操作方式不外乎就是一些系統調用，如讀／寫等。ReWorks 中就是用 block_device_operations 這個關鍵的數據結構將系統調用和驅動程序關聯起來的。
在該數據結構中每一個函數指針都對應了一個系統調用，用戶進程利用系統調用在對設備文件進行諸如 read／write 操作時，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然後讀取這個數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數。該結構體包含了塊設備操作所需的函數接口和必要的設備屬性。
空間開闢成功後，便向系統註冊設備，實現形式為：register_block_driver（SD_MAJOR，max_SD_devices，（block_ops*）dev_table，sizeof（SDCARD_DEV），”SDdriver”，&ret_major）；其實就是向系統設備表中寫入相關信息，將上面開闢的 SDCARD_DEV 類型的內存空間和所要創建的塊設備建立關聯，再對 SDCARD_DEV 類型的內存空間進行必要的初始化，為下面創建 SD 卡塊設備做好準備。
接下來便是創建 SD 卡設備。ReWorks 系統採用 mknod 創建塊設備，並使用主（major）和次（minor）設備編號來描述設備。函數原型如下：
int mknod（const char*pathname，mode_t mode，dev_t dev）；
其參數說明如表 1 所示。
在實際開發中的實現形式為：mknod（dev_name，S IFBLK|0777，MKDEV（SD_MAJOR，ram_minor））；
至此，SD 卡塊設備的創建工作已經基本完成。下面所要做的就是功能函數的編寫，首先用 block_device_operations*pSdDev；聲明一個結構體指針，再用實際對卡操作的函數名填充該結構體如下：
pSdDev-》bd_blkRd=SD_blk_Read；pSdDev-》bd_blkWrt=SD_blk_Write；pSdDev-》bd_ioctl=SD_Ioctl；
最後實現所有的對卡進行實際操作的功能函數，如下：
至此，ReWorks 平臺上 SD 卡驅動程序的總體結構基本完成。項目中實際使用的主機控制器是 S3C2440，在實際的開發中還需要按照前面描述的 SD 卡基於 SD 模式下的總線協議的操作流程，對卡進行必要的初始化工作，主要是對 S3C2440 的 SD 卡接口寄存器按照一定的程序進行操作，包括卡的波特率設置、工作模式設置、FIFO 管道初始化、CMD 命令控制寄存器的操作、對卡的響應信息的解析、數據路徑編程和所有的過程所需的中斷控制寄存器的操作等工作。
3、 結語
經測試，在 ReWorks 嵌入式系統平臺上，利用系統建立塊設備的工作流程和關鍵數據結構創建的 SD 模式下的 SD 卡驅動程序，很好地完成了對 SD 卡讀／寫操作的 BSP 層支持，數據讀寫安全可靠，已成功應用於某控制系統。
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