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基于MSP430F1611和SD卡的便携式心电监护仪的低功耗设计,付秀泉,主要内容,一 SD卡存储模块的功耗分析 二 SD卡模块的硬件组成 三 FAT16文件系统的设计 四 速度及功耗测试,一 SD卡存储模块的功耗分析 通常，在完成一个任务时，仪器所需的能量E可以用以下公式表示: Vk 、Ik分别为电池在第k个时间段内的电压和输出电流，我们可以得到电路在一定时间T内的平均电流消耗（假设V不变）： （T为总时间）,上图是监护仪进行数据存储时的电流消耗简图，系统在t1段进入待机状态，等待采集数据满,进行一次记录，I1主要由微处理器（MPU）的待机模式的功耗所决定；t2段为MPU在SD卡的FAT表中查找下一操作簇和下一操作扇区；在t3段，MPU把数据通过SPI总线发送到SD卡进行存储，并查询SD卡是否存储完毕， t3相对来说是固定的。 t2以及 I2与文件系统设计有关。同时，t2的改变也会影响到t1。 对于SD卡来说，完成一定量的数据操作所需功耗是一定的，但在SD卡工作的同时，DC-DC和MPU也在工作，t2越长，这些器件所消耗的能量也越多，SD卡存储速度与功耗之间不会是简单的线性关系，因此，设计最优化的文件系统，缩小FAT寻址的时间，可以在完成任务的基础上，使功耗达到最优。,二 SD卡模块的硬件组成,SD卡数据存储系统主要由三部分组成：电源、微处理器和SD卡接口电路。 1）电源模块。系统采用了两套供电模式： MSP430采用了电池直接供电，而接口电路则不需要一直工作。因此选用了TI公司的升/降压DC-DC芯片TPS61070，将输入电压升高到一定电压，再使用SIPEX公司的SPX3819-3.3把电压稳定在3.3V的水平，它具有外接元件简单，转换效率高，带关断功能等特点。,2）微处理器。可用于低功耗系统的微处理器有多种，下表中对比了3款典型低功耗微处理器的功能和性能。可见，MSP430F1611（后面简称MSP430）的具有较好的低功耗性能，可以在1.8-3.6V电压下工作，能更好地适应电池直接供电的电压范围。因此，以MSP430为核心设计的采集控制电路，可以满足高性能和低功耗要求。MSP430通过IO口控制各个外围设备和电源管理芯片。,根据以上分析，针对实时数据采集系统可以简化文件系统的设计，仅实现对文件的写操作，而把文件创建、文件删除等其他操作交给上位机来完成。 每采集到一个扇区大小（512B）的数据，便进行一次写操作，写操作的流程如下：,从图中可以看出，在未操作到簇尾时，对扇区的操作是不进行FAT寻址操作的，这与普通的FAT16每次寻址相比，大大简化了操作流程，加快了操作速度。在操作到簇尾时，设计使用一定大小的RAM来预读取一个扇区或几个扇区的FAT表，从而可以直接从RAM中寻找下一操作簇号，这样设计的优点在于：如果文件在物理上是连续存储的，那么它的FAT表也是连续的，这样大多数情况下主机便可直接从RAM中获取下次操作簇号，这就极大的减少了主机与SD卡通讯的
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