車載外部ストレージ バックナンバー

いつもの小芝居で導入。 SDカードは繋いだだけでは読み書きできない。 SDカードドライバ：初期化、セクタ読み書き。 ファイルシステム：ファイル、フォルダの概念構築。 組み込み系でSDカードを使うことは多いので、とりあえず社内の実績を確認。

組み込みFatファイルシステムはミドルウェアベンダーから購入することが多い。 オープンソース組み込みFatファイルシステムも存在する。 FatFs。 日本語サイトもあるが、最新情報が欲しい場合は英語サイトの方を見た方が良い。

不揮発性メモリの話。 ストレージとして使える不揮発性メモリはおおよそ3種類EEPROM。 NOR-FLASH。 NAND-FLASH。 EEPROMは4[Mbyte]程度なのでファイルシステムを組み込むのは不向き。

NAND-FlashROMの凶悪な一面を垣間見た。 消去単位が128～256[Kbyte]。 同等のRAMを割り当てできないとまともに制御できない。 SDカードの中身はNAND-FlashROM。 しかし、NAND-FlashROMの凶悪な一面はうまく隠されている。

SDカードの超概要説明。 SDカードの仕様はSDAが策定している。仕様書の一部は無償で入手可能。 すべての仕様を入手するにはSDAへの加盟が必要。 SDカードは4種類。容量が違う。 利用できるインターフェース仕様と適用すべきファイルシステム異なる。

SDカードのインターフェース仕様は2種類。 SPIモード。 SDモード。 SPIはSCK、MISO、MOSI、SSの4種の信号線を使う。 SSはLowアクティブ。 LowアクティブはTTL時代のオープンコレクタのHigh、HZの区別が付きにくい時代の名残。 調歩同期は装置間通信、同期シリアルは装置内通信で使われる。 同期シリアルの方が圧倒的通信速度が速い。

SPI通信についての説明をした。SCLKの立ち上がりでサンプリング。 よって、同期シリアルと呼ばれる。 SlaveがわはSSの立下りで処理の準備をしている場合があるので、Lowのままにせず一旦Highにしておいた方が安全。 SDのSPIモードとSDモードではコマンド仕様はほぼ一緒。

SDカードのピン配置説明。 SPIモード時のピンアサイン説明。 SDモード時のピンアサイン説明。 1番ピンのモード変更及びCardDetecctフローを説明。 LowにしたりHZにしたり、コマンド投げて内部プルアップ解除と大忙し。

SDカードの通信の種類は大きく3種類。 No data Operationはcommandとresponseだけで成り立つもの。 responseパターンはR1,R1b,R2,R3,R7の5種類。 R1bがbusy付きresponse。 busyはresponseの直後に0値出力が続いている間。

SDカードの(Multiple) Block Read Operation(SPIモード)について説明。 response後にdata blockが従属する。 エラー時はresponse後にdata error tokenが従属する。 data error tokenは読み出しならではのエラーパターンが記載されている。

SDカードの(Multiple) Block Read Operation(SPIモード)の説明。 Start Block token、Stop Tran tokenというものがある。 Single Block、Multi Blockで各tokenが異なる。 CMD25(WRITE_MULTIPLE_BLOCK)の方が効率的だが、書き込みBlock数が少ない場合はcommand発行回数の都合でCMD24(WRITE_BLOCK)の方が効率的になることがある。

SDモード通信について確認。 SPIと同じく同期シリアル通信に該当する。 ただし、command/responseはCMDライン、read/writeはDATライン DATラインは最大4bitのラインとなる。 SDモードはデフォルトでDAQ0だけを使う1bitモードなので、commandで4bitモードに切り替える必要がある。

SDモード通信のNo data Operationを説明。 ノーレスポンスのパターンが割と重要。 ACMD41でSD、MMC判定。 CMD8でSDSC、SDHC以降判定。 SDの仕様が増えるたびに今後増えていくかも。 ノーレスポンス判定タイムアウトは1秒。

SDモード通信の(Multiple) Block Read Operationの説明。 CMDラインとDATラインがあるため、responseが終わる前にdata blockが送出されることを想定する必要あり。 CMD12(STOP_TRANSMISSION)で強制停止できる。 SPIモードと使い方は一緒。

SDモード通信の(Multiple) Block Write Operationについて説明。 data block送信毎にbusyが入る。 busyの待ち時間はACMD13(SD_STATUS)で取得できるAU_SIZEに依存。 AU_SIZEは組み込みに於いては重要なパラメータ。 AU_SIZEが小さい高速なSDカードを選択したり、AU_SIZEに合わせて書き込み単位を変えたり。

SDカードのSDモード通信に於いてのレスポンスについて説明。 SPIモードに無かったR6が追加。 R6はRCA(Relative Card Address)を取得するもの。 RCAはCMD7の引数に使われるもので、これが無いと読み書きモードへ移行できない。 上記使用はSPIモードには無いもの。

SDカードのSDモード通信に於いてのレスポンス(R1とR1b)について説明。 R1の中にcard statusという32bitのエラー＆状態情報がある。 状態が想定と異なる場合は再初期化等で期待する状態に再遷移させる設計/実装をする必要がある。 R1bはSPIモードと同じく、R1にbusyが付いたもの。 busyはDATが0を維持している状態。

SDカードはいきなり読み書きはできない。 初期化シーケンスを通してSDカード状態を読み書き可能状態へ遷移させる。 初期化シーケンスはSDv1、SDv2のルートに分かれる。 SDv1とSDv2 SDSCはモノとしては一緒。 SDSCかSDHC/SDXCはSDv2の最後のCCSの判定で分かる。

SDカードのSPIモード通信の初期化シーケンス詳細を開始。以下の順番で説明予定。初期状態に戻す。 SDv2以降判定。 駆動電圧判定。 読み書き可能状態へ。 SDv2の容量判定。 初期状態に戻すのはCMD0(GO_IDLE)。 SDv2を判定するのはCMD8(SEND_IF_COND)でエラーになるかどうか

SDカードのSPIモード通信の初期化シーケンスの中の駆動電圧判定について説明。 CMD58(READ_OCR)を送ると、R3フォーマットのレスポンスが返る。 R3フォーマットはR1にOCRが付加されたもの。 OCRのbit15～bit23が駆動可能電圧を示している。 自装置の駆動電圧が範囲外の場合は制御不可。

SDカードのSPIモード通信の初期化シーケンス読み書き可能状態遷移を説明。 ACMD41(SEND_OP_COND)を投げてR1レスポンスのin idle stateを監視するだけ。 ACMD41(SEND_OP_COND)のパラメータにHCS(High Capacity Support)の付加してSDHC以降のモードに切り替えられる。 SDHC以降モードはBlock lengthが512byte固定となる。

SDカードのSPIモード通信の初期化シーケンスの中のSDv2の容量判定について説明。 CMD58(RAD OCR)を投げてCCS(Card Capacity Status)ビットを確認する。 CCSが0ならSDSC、1ならSDHC/SDXC。 結果的にCMD58(READ OCR)を2回発行するが、仕様書上はmust要件となってる。

SDカードのSDモード通信の初期化シーケンスを大雑把に説明。 次回から以下の流れで説明予定。CMD8(SEND_IF_COND)によるSDv2判定及びサポート電圧判定。 ACMD41(SD_SEND_OP_COND)によるHigh Capacity設定とVoltage Switch可否判定。 CMD11(VOLTAGE_SWITCH)によるVoltage Switch。 CMD2(ALL_SEND_CID)によるCIDの取得。 CMD3(SEND_RELATIVE_ADDR)によるPublished RCAの取得。 CMD7(SELECT/DESELECT_CARD)によるTransfer State(tran)遷移。

CMD8(SEND_IF_COND)によるSDv2判定及びサポート電圧判定の説明。 以下のパラメータが存在。PCI express 4.0 Support有無。 Voltage Supplied。 Check pattern。セットした値がそのままレスポンスに乗ってくる。

CMD8(SEND_IF_COND)によるSDv2判定及びサポート電圧判定のレスポンス側の説明。 レスポンスはリクエストと同等の構成。 リクエストが受けつけられたかどうかを返しているだけ。 現状は選択肢が少ないので、ほぼレスポンスパターンは限られるが今後のSD仕様の追加次第ではどうなるか分からない。

ACMD41(SD_SEND_OP_COND)のリクエストについて簡単にに説明。 処理の流れとしてはSPIモードのACMD41(SD_SEND_OP_COND)に似ている。 ACMD41(SD_SEND_OP_COND)のリクエスト、レスポンスのパラメータを確認。 新出パラメータ多数。

ACMD41(SD_SEND_OP_COND)のリクエスト電文、レスポンス電文に出てくるパラメータ説明。 HCSとCSSはSPIモードでも出来てたパラメータ XPCはSDXC Power Control。 最大電流値を切り替えられる。 UHS-IIはその名のとおりUHS-II対応かの確認用。

ACMD41(SD_SEND_OP_COND)のリクエストとレスポンスのパラメータについての続きを説明。 S18RとS18AはSwitching to 1.8V Request/Accpeptedで駆動電圧を変更するのに使う。 UHS-IIの場合は変更不可。 OCRはSPIモードの時と同じ。

ACMD41(SD_SEND_OP_COND)のパラメータによる挙動に違いについて説明。 inquiry ACMD41。 OCR取得用ACMD41。 OCRパラメータを0にすることでこれになる。 first ACMD41。 初期化用ACMD41。 OCRパラメータを非0にすることでこれになる。

CMD11(VOLTAGE_SWITCH)によるVoltage Switchの説明。 ACMD41で1.8V切替サポートが確認できたSDカードは1.8V駆動に切替できる。 Voltage Switchの手順はまぁまぁ複雑。 タイミングチャートで確認。 大雑把に手順確認。

VOLTAGE_SWITCHはCMD11(VOLTAGE_SWITCH)の発行が起点となる。 CMD11にはパラメータはない。 SDカードはR1レスポンスを返した直後にCMDとDATのラインをLowにする。 ホスト側は入力モードになっているので出力が衝突することは無い。

カードがVOLTAGE SWITCHの開始受付としてCMDとDATラインをLowにする。 ホスト側はCMDとDATラインをLowをカード側がVOLTAGE SWITCHの開始を受領したと見なす。 ホスト側はSDCLKを5ms以上止める。(6ms待ちが安パイ)。 上記の5ms後にホストから1.8VのSDCLK送出開始。

ホストからのSDCLK送出から1ms以内にカードはCMDを1.8VでHighにする。 ホストはそれを検知。 さらにカードはDATのラインを1.8VでHighする。 これもホストが検知。 上記をもって、SDCLK、CMD、DATのラインが1.8V駆動で通信可能な状態が相互で確認できたことになる。

「CMD2(ALL_SEND_CID)によるCIDの取得」の説明。 CIDはCard IDentificationの略。 CMD2(ALL_SEND_CID)のレスポンスはR2レスポンスフォーマット。 CIDは128bitの6種類の情報を持つ。

CID(Card IDentification)の内訳説明。 ManufacturerIDは8bitの数値。(情報未開示) OEM/ApplicationIDは2文字のASCIIコード。(情報未開示) ManufacturerIDとOEM/ApplicationIDの取得はSD-3C,LLCにライセンスを付与してもらう必要がある。

CID(Card IDentification)の詳細の話の続き。 Product nameは最大8文字のASCIIコード。 "SD01G"のような文字列。 Product revisionはn.mを示す形でそれぞれ二進化十進数(BCD)で表記。 二進化十進数(BCD)は二進法の4桁で0から9を表現。

CID(Card IDentification)の詳細の話の続き。 Product serial numberは32bit長のシリアルナンバー Manufacturing dateは12bit長のフィールド。 8bitで年、4bitで月を表現。

「CMD3(SEND_RELATIVE_ADDR)によるPublished RCAの取得」について説明。 CMD3(SEND_RELATIVE_ADDR)はパラメータ無しのコマンド。 レスポンスはR6フォーマット。 RCA(Relative Card Address)とcard status bitsを内包。

CMD3(SEND_RELATIVE_ADDR)によるPublished RCAの取得の説明続き。 card status bitsはcard statusの一部を切り出したもの。 CMD3(SEND_RELATIVE_ADDR)として、card status内の無関係なエラーパターンを削除したものがcard status bitsになっている。

「CMD7(SELECT/DESELECT_CARD)によるTransfer State(tran)遷移」について説明。 CMD7にはSELECT_CARDとDESELECT_CARDがある。 Stand-by State(stby)とTransfer State(tran)の遷移に使う。 stbyの方が省電力の可能性あり。

SDカードのSPIモード通信の読み書きの手順について説明。 詳細は以下の流れで説明予定。 Single Block Write処理。 Multi Block Write処理。 Single Block Read処理。 Multi Block Read処理。

CMD24(WRITE_BLOCK)による書き込みについて説明。 CMD24(WRITE_BLOCK)のリクエストパラメータは32bitのdata addressが付く。 1block512byteとすると2TBが上限。 CMD24(WRITE_BLOCK)のレスポンスはR1フォーマット。

ACMD23(SET_WR_BLK_ERASE_COUNT)による消去ブロック数指定について説明。 ACMD23のリクエストパラメータはNumber of blocks。 指定しない場合のdefault値は"1"となる。 仕様書上は書き込み高速化が見込めるとあるが、実際はSDカード側の設計次第。

「CMD25(WRITE_MULTIPLE_BLOCK)による書き込み」について説明。 CMD25のパラメータは32bit長の"data address" CMD24(WRITE_BLOCK)と一緒。 CMD25のレスポンスはR1フォーマット。 R1レスポンスの後にData Block転送。

Start Block/data Response/STOP_TRAN tokenの発行について説明。 Start Block tokenは'FCh'。 data Response tokenにはstatusパラメータが乗る。 '010'であれば正常。 STOP_TRAN tokenは'FDh'。