ＳＤカードインターフェースの製作
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ＷｉｎｄｏｗｓパソコンにＵＳＢ接続して使う現行方式はそれなりに便利ではありますが、ときとしてＷｉｎｄｏｗｓ
のしがらみから開放されて、小さいながらも独立した一個のパソコンとして機能したいと思うこともあります。
独立大作戦の作戦その１はＣＲＴインターフェースボードの製作です。
作戦その２はキーボードインターフェースです。
そして作戦その３は、ＳＤカードインターフェースです。
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［第７回］
●ＳＤカードの初期化
ＳＤカードは電源投入後は本来のＳＤモードになっているため、ＳＰＩモードでのアクセスができません。
ＳＰＩモードでアクセスできるようにするためには、ちょっと面倒な初期化の手続きが必要です。
下にそのフローを示します。
本当は電源投入後またはＳＤカード挿入後１ｍｓ以上待ってから初期化の手続きに入れ、ということらしいのですが、まだテストの段階なので、マニュアル操作ですから、そのところは省略します。最初にＣＳとＭＯＤＩを１にしておいてＳＣＫを７４回以上出力します。
これでコマンドを受け付けるようになるので、ＣＳを０にして、ＣＭＤ０を送出します。
ＣＭＤ０については後述します。
ＳＤカードにコマンドを送ると返事（ｒｅｓｐｏｎｓｅ）が送られてきます。
応答があるまでに多少時間がかかる場合があります。
正常な応答（０１）があるまで読み続けます。
０１を確認したら、ＣＭＤ１を送ります。
ＣＭＤ１についても後述します。
初期化が完了した場合には００が送られてきます。
００が送られてくるまでにかなり待たされる場合もあります。
００ではなくて０１の場合は再度ＣＭＤ１を送出します。
それ以外の場合には００または０１が送られてくるまで読み続けます。
００、０１が送られてくるまでにＦＦが連続して受信される場合があります。
ｒｅｓｐｏｎｓｅ＝０１はアイドル状態（初期化プロセス実行中）であることを示しています。
００、０１、ＦＦ以外の場合には何らかの異常があることを示していますが、左図の通りに実行していれば、そのほかのｒｅｓｐｏｎｓｅは考えられません。
ずっと待っていてもＦＦまたは０１のままという場合はハードに何らかの不具合（接続の不良、電圧異常、カード本体の異常など）があります。
●コマンドのフォーマット
ＳＰＩモードのコマンドは６バイトの固定長です。
第１バイトがコマンド本体ですが上位２ビットは０１固定なので実質的にはコマンドを規定するｉｎｄｅｘは６ビットです。
先頭の０１はスタートビットと考えられます。
続く４バイトはａｒｇｕｍｅｎｔ（引数）でコマンドによってはないものもありますが、６バイト固定長なので、引数がない場合は００ ００ ００ ００を送ります。
最後のＣＲＣは７ビットですが、最終ビット（ビット０）の１を付加して８ビット長になっています。
最後の１ビットはストップビットと考えられます。
ＣＲＣはＳＤモードでは必要ですが、ＳＰＩモードでは読み飛ばされますからダミーデータで構いません。
初期化の最初に送るＣＭＤ０はＳＰＩモードになる前に送るため、正規のＣＲＣが必要です。
●ＣＭＤ０
［０１００００００］
ソフトウェアリセットコマンドです。
引数はありません。
初期化の最初に送るＣＭＤ０には正規のＣＲＣが必要です。
ＣＲＣについてはのちほど説明をします。
ここではとりあえず計算の過程は省略して結果のみ記します。
ＣＭＤ０のＣＲＣは４Ａになります。
１００１０１０です。
その最後にストップビットを加えて８ビットにしますから、
１００１０１０１＝９５ＨがＣＲＣ部の８ビットの値となります。
つまりＣＭＤ０は、
４０ ００ ００ ００ ００ ９５
の６バイトを送ることになります。
コマンド送出後はＳＤカードから０１が送られてくるのを待ちます。
ＳＤモードからＳＰＩモードに切り換わると０１が送られてきます。
なおＳＰＩモードになるまではＳＣＫを４００ＫＨｚ以下にして送出しなければならないようです。
●ＣＭＤ１
［０１０００００１］
初期化完了コマンド？です。
ＳＰＩモードでのＲＥＡＤ／ＷＲＩＴＥが使えるようにするために必要ですが、２ＧＢを越えるＳＤカード（ＳＤＨＣなど）には使えません。
引数はありません。
ＣＭＤ１を送る時点でＳＰＩモードになっていますから、ＣＲＣは必要ありませんが、６バイト固定長なので、何かを送らなければなりません。
ダミーデータとしてＦＦを送ることにします。
つまりＣＭＤ１は
４１ ００ ００ ００ ００ ＦＦ
の６バイトを送ることになります。
レスポンスが０１→００になるまで送り続けます。
００が来たら、それ以後はＲＥＡＤ／ＷＲＩＴＥが可能になります。
●ＣＲＣ７
ＣＲＣはＣｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｏｄｅの略です。
Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙはお目にかかったことのない語ですが、冗長性とでも訳すとなんだかわかったような気になります。
ＣＲＣの日本語訳は巡回冗長検査だそうです。
いやあ。
やっぱりわかりませんね。
しかしなんとか計算しないことには先には進めません。
ネット上にはＣＲＣの計算式とか考え方とかいろいろ散見できるのですけれど、どうも説明が難しいのか、私の頭が悪いのか、いまひとつよくわかりません。
まあ、しかし、いつものことなのですけれど、そこで諦めてしまってはいけません。
投げてしまいたくなるところを、じっと我慢してもうひとふんばりしておりますと、突然「わかったぞぉ」という至福の時がやってまいります。
ＣＲＣは計算のもとになる多項式によっていろいろなバリエーションがあるようですが、ＳＤカードコマンドの場合には７ビット長のＣＲＣ７を使います。
ＣＲＣ７は計算の対象になるビット列に対して８ビットの多項式で順に演算を行ないます。
多項式はＸ７＋Ｘ３＋１で、ビット表現では１０００１００１になります（ここがよくわからないところなのですが、そういうものなのだそうです。ビット７とビット３とビット０が１ということだと解釈しました）。
それでこの多項式の値（１０００１００１）で対象になるビット列を除算することでＣＲＣが求まる、という説明が多いのですが、それがまたよくわかりません。
よくわからないのですが、ビットごとに繰り下がりのない除算を行なうということのようです。
演算の結果を見てみますとどうやらビット列と多項式のＸＯＲをとっているらしいということがわかってきました。
以下具体的な計算例としてＣＭＤ０のＣＲＣの算出例について説明をします。
ＣＲＣ部を除いたＣＭＤ０は４０ ００ ００ ００ ００です。
ＣＲＣ計算は算出したＣＲＣ自身も計算の対象にしますから、対象になるビット列は、初期値としてＣＲＣ部を０と置いた、
０１００００００ ００００００００ ００００００００ ００００００００ ００００００００ ０００００００
の４７ビットです。
このビット列に対して、先頭の１をあわせて多項式との間でＸＯＲの演算を行い、その結果に対して順次下位桁に向かって同じようにＸＯＲの計算を行なっていきます。
０１００００００ ００００００００ ００００００００ ００００００００ ００００００００ ０００００００ 初期値
１０００１００ １
００００１００ １００００ 最初のＸＯＲ演算の結果の値（下の桁を必要なだけ追加して次の計算に備える）
１００ ０１００１ 結果の値の先頭ビットが０の場合には、１になるところまで演算をパスする
０００ １１００１ ２回目のＸＯＲ演算の結果の値
この計算を最後のビットの桁が多項式の末尾の桁と一致するところまで繰り返します。
●実際の計算プログラム
ネット上でのプログラム例は皆様Ｃをお使いのようですけれど、こういう計算はやっぱりマシン語の独壇場であると私は思います。
ええ。
私は例によりまして、ＮＤ８０Ｚ３．５を使いましてマシン語で演算を行ないました。
下がＣＲＣ７の計算プログラムです。