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嵌入式系统设计课程论文专业:测控技术与仪器姓名:林 治 冰学号:0803020317 目录1SD卡概述12系统设计方案12.1 S3C44B0X的特点12.2 W86L388D的特点12.3 硬件设计23驱动程序设计33.1 控制协议33.2 核心驱动程序44结束语4参考文献4基于ARM7的SD卡控制系统的设计摘要提出了一种基于ARM7处理器 S3C44B0X、以SD卡主控芯片W86L388D 为核心的设计方案，为低端嵌入式产品提供SD卡功能。设计出了硬件电路图，并分析了SD卡的控制协议，给出了相应的软件设计方法，编写出了底层的驱动程序。通过实际测试分析了该方案的性能。关键词: 嵌入式系统；S3C44B0X；SD卡；W86L388D1 SD卡概述SD卡(Secure Digital Memory Card)是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，其最大的特点就是通过加密功能，保证数据资料的安全保密；SD卡拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。目前市场上基于ARM 的嵌入式产品多数不支持SD卡，尤其是基于ARM7的低端嵌入式产品。鉴于SD卡的诸多优点，以及ARM7的广泛应用，考虑通过增加额外的芯片作为扩展模块，为这类低端嵌入式产品提供SD卡功能。SD卡通信基于9芯的接口(Clock，Command，43 Dat，33 Power Lines)，其最大工作频率25MHz，拥有高达10Mb/s的读写速率，SD卡系统支持SD和SPI模式的两种通信协议。模式的选择对主机是透明的，由SD卡自动检测复位命令的模式，在此后的通信过程中始终使用此种通信方式。SD卡在结构上使用一主多从的星型拓扑结构，并高度集成闪存，具备串行和随机存取能力。可以通过专用串行接口访问，数据传输可靠，并允许几个卡垛叠。接口完全符合最新的消费者标准，叫做SD卡系统标准，由SD卡系统规范定义。2 系统设计方案2.1 S3C44B0X的特点S3C44B0X微处理器是Samsung公司为低成本、低功耗的应用产品而设计的，可以使用在移动手持终端设备和互联网产品中。该芯片采用0125mCMOS工艺和SAMBA11总线结构(SAMSUNGARM CPU嵌入式控制器总线结构)设计，核心逻辑部件建立ARM公司的ARM7TDMIRISC处理器上，最高运行时钟频率达66MHz，并带有8kB的指令和数据Cache，由于ARM7TDM中没有集成存储管理部件，特别适用于uClinux和uCos操作系统.2.2 W86L388D的特点SD卡与ARM CPU的通信采用Winbond公司的芯片W86L388D，这块芯片能够使用1线或4线传输数据及指令，工作频率最高达25MHz。W86L388D有如下特性:兼 容MMC spec1 Version 212和SD spec1 Version 110；支持两种类型的主机微控制器间的接口访问同步和异步模式；支持DMA和中断传输方式；具有主机微控制器8/16位数据总线；内置晶体驱动电路，支持外部时钟或晶体时钟；支持额外的5路可编程 GPIO；输入时钟宽度为3158M H z25M H z；313V工作电压。其内部结构见图1。图1 W86L388D内部结构图在本设计中，通过几根控制线和1根中断请求线与一片桥接控制芯W86L388D相连，利用W86L388D控制芯片完成对SD卡命令的发送和数据的传输。CPU通过给其相应的寄存器中写入控制命令来驱动读/写SD 卡，从SD卡中读取的数据通过CPU相连的16位数据总线发送给CPU处理。SD卡与CPU 的通信是通过中断方式来进行应答的，W86L388D的中断控制器显示SD卡的各种中断请求，CPU只须读取其状态就能判断对SD卡进行如何处理。2.3 硬件设计图2为W86L388D硬件电路图。W86L388D提供了总线方式的接口，所以与处理器的电路设计相对比较简单。从图2可以看出，与处理器的接口可以是异步(TYPE1)或同步(TYPE2)模式。XTYP2引脚接地使得W86L388D工作在TYPE1模式，这样所有的工作时序由S3C44B0X芯片提供。W86L388D与SD卡的连接也比较方便，芯片的SD1SD6引脚与SD卡的4根数据线、1根命令线和1根时钟线相连。XINT接S3C44B0X的外部中断ExINT4，XCSN接从S3C44B0X扩展出来的片选管脚nCS_SD，XRDN/XRDWRN和XWRLN/XBELN分别接芯片的nOE和nE，来控制当前的总线周期为读周期或者写周期。W86L388D还有5个GPIO引脚可供系统使用，在此电路中，GIO0连接SD卡的CD端，用于对卡是否插入的检测；GIO1和GIO2分别外接一个发光二极管，用来指示SD卡的插入和读写；GIO3外接SD_ PWEN电路，SD_PWEN电路利用其中的一个场效应管保护卡的热插拔；GIO4外接SD卡的WP脚，用来允许对SD卡进行读写。图2W86L388D硬件电路图 图3 SD卡读写流程示意图3 驱动程序设计3.1 控制协议SD卡有两种总线协议:SD协议和SPI协议。现在绝大部分微控制器都集成 SPI接口,所以利用这种方式与SD卡通信相对简单方便,但SPI协议在数据交换时只允许1位数据串行传输,所以其速度受到限制。在SD协议下,允许强大的1线到4线数据传输,这样就提高了其传输速度。但SD总线时序要求严格,如果用软件模拟不仅复杂烦琐,而且可靠性也不高,W86L388D支持SD方式的4线数据传输，并且根据所收到的命令能自动产生相应的SD时序,从而方便用户的使用,提高了系统的性能。与SD卡通信的命令(CMD)和数据(DATA)由一个起始位开始,由一个结束位终止发给SD卡的命令采用6字节的格式,命令由主机通过CMD线串行发给SD卡,标志SD卡的行为动作,部分命令要求卡返回一个应答信号,应答信号同样是通过 CMD线由卡传送给主机的。当主机发送给卡的命令要求有数据交换时, DATA0 DATA3线将进行相应的数据传输。每张SD卡内部都有一组寄存器存储此卡的相 关信息,在访问SD卡的过程中,所有的操作都由主机发起,主机发起的命令(CMD) 有两种类型:广播命令和点对点命令。广播命令对系统中所有的卡都有效,只有被选定的卡才能接收点对点命令1。SD卡读写数据的流程见图3。结合SD卡桥接芯片,下面给出对SD卡进行读/写操作的步骤:读操作:首先进行W86L388D中断允许设置；其次对选定的卡写入CMD17命令,当卡收到有效的命令后,将在数据线上把所操作块的数据传送给主机；最后写入CMD12命令停止数据的传输。写操作:首先进行W86L388D中断允许设置；然后对选定的卡写入 CM D 24 命令,主机在确认卡收到正确的命令后,在数据线上把数据传送给卡中的操作块；最后写入CMD12命令停止数据的传输。至此,通过桥接芯片W86L388D对SD卡进行数据传输的操作已经顺利完成。实际使用SD卡时,可以考虑在此基础上移植文件系统,这样可以更加方便用户的使用。3.2 核心驱动程序SD卡是可拔插的设备,在系统启动的时候,卡片可能并不在系统当中。因此,本文在实现驱动程序的时候,将它分为总线检测模块和SD卡操作模块。总线检测模块静态的编译进内核,在系统初始化时就注册中断服务程序。当SD卡插入,中断发生之后,就把SD卡操作模块加载进内核。总线检测模块检测到SD卡插入系统后,会调用SD卡操作模块的模块初始化函数,从而完成驱动的注册,下面是初始化的部分代码:void Target_Init(void)/目标板初始化函数Uart_Init(0,115200,0)；/对串口进行初始化,以便显示所有操作信息Port_Init( )；/端口进行初始化Exep_S3cINT_Init( )；/中断初始化Cache_Init ( )；/对缓存区进行初始化SDINT_Init( )；/对 SD 卡进行初始化StartInterrupt( )；/打开中断4 结束语采用普通SPI模式操作SD卡虽然电路简单,但速度相对较慢,而且驱动程序编写非常复杂。本设计通过桥接芯