嵌入式系统设计课程论文

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1、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.41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

2、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。

3、 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 S3C44B0

4、X 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

5、 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。2图 1 W86L388D 内部结构图 在本设计中，通过几根

6、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

7、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

8、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。3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

9、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

10、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:4读操作:首先进行 W86L388D 中断允许设置；其次对选定的卡写入 CM

11、D17 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

12、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。本设计通过桥接芯片采用 SPI 模式访问 SD 卡,不但访问速度显 著提