嵌入式系統(tǒng)的SD卡接口技術(shù)分析與研究

摘要 SD卡是一種基于半導體快閃記憶器開發(fā)的新一代記憶設備，被廣泛應用于各種便攜裝置上。許多嵌入式設備也選擇使用SD卡提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、降低成本。文中分析了嵌入式系統(tǒng)的特點，然后，就基于嵌入式系統(tǒng)的SD卡接口硬件設計和軟件設計進行了探討。
關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng)；SD卡；接口硬件設計

SD卡是一種基于半導體快閃記憶器開發(fā)的新一代記憶設備，目前SD卡被廣泛應用于各種便攜式裝置上，一般重量約為2 g，擁有較好的安全性、移動靈活性、快速數(shù)據(jù)傳輸率和高記憶容量。許多嵌入式設備都選擇使用SD卡以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、降低成本。

1 嵌入式系統(tǒng)的特點
因為嵌入式系統(tǒng)是一種特殊的計算機系統(tǒng)，所以它和計算機系統(tǒng)一樣，由軟件和硬件構(gòu)成。以PC為代表的通用計算機系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)相比，不同的嵌入式系統(tǒng)有不同的特點，但是其主要特點一樣。
(1)嵌入式系統(tǒng)是一種專用計算機系統(tǒng)。嵌人式系統(tǒng)的軟件和硬件是針對特定任務和應用對象進行設計的，具有較強的多樣性和專用性。嵌入式系統(tǒng)所能夠提供的功能，均可提前預知，相對較為固定。
(2)嵌入式系統(tǒng)需要滿足環(huán)境對其的要求。因為嵌入式系統(tǒng)需要被嵌入到特定的對象系統(tǒng)之中，所以它必須滿足對象系統(tǒng)對嵌入式系統(tǒng)的環(huán)境要求，例如能耗少、成本低以及電氣環(huán)境、物理環(huán)境等特定要求，除此之外還需要滿足對壓力、濕度、溫度這些自然環(huán)境的要求。
(3)嵌入式系統(tǒng)是集各行業(yè)應用和計算機技術(shù)為一體的集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是利用先進的電子技術(shù)、半導體技術(shù)、計算機技術(shù)與其他各行業(yè)應用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這個特定就決定了嵌人式系統(tǒng)是一個不斷創(chuàng)新、高度分散、資金密集、技術(shù)密集的知識集成系統(tǒng)。
(4)嵌入式系統(tǒng)與其他產(chǎn)品相比，有很長的生命周期。嵌入式系統(tǒng)能夠緊密地應用于實際生產(chǎn)，它的更新?lián)Q代與實際的產(chǎn)品同時進行，所以基于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的產(chǎn)品，得具有強大的競爭力和很長的生命周期。

2 基于嵌入式系統(tǒng)的SD卡接口硬件設計
SD卡的接口可以支持兩種操作模式：一種是SD卡模式，另一種是SPI模式。SD接口允許1～4線數(shù)據(jù)信號設置。加電后，SD卡使用DAT0。初始化后，主機可以改變線寬。Freescale公司設計開發(fā)的MCF51QE128是一款32位低功耗嵌入式微控制器，該嵌入式微控制器采用SPI的模式實現(xiàn)和SD卡的接口。因為MCF51QE128的最佳工作電壓為3．6 V，功耗較低，可以和SD卡的工作電壓進行兼容處理，可以無需利用電平轉(zhuǎn)換電路，可以直接與SD卡連接，這里選用嵌入式微控制器的第2個SPI口，硬件連接如圖1所示。SD卡的接口主要能支持兩種操作模式：一種是SD卡模式；另一種是SPI模式。主機系統(tǒng)可以根據(jù)需要，選擇一種模式，SD卡的可以允許4線同時進行數(shù)據(jù)傳輸。接到復位命令時，低電平有效，
SPI模式啟用。SPI模式可以允許那些簡單且通用的SPI通道接口，SPI模式與SD模式相比而言，喪失了速度優(yōu)勢。

3 基于嵌入式系統(tǒng)的SD卡接口軟件設計
SD卡接口軟件設計，就是SD卡與嵌入式設備接觸時的接口驅(qū)動程序。驅(qū)動程序要實現(xiàn)相應XXX_Open()，XXX_Close()等響應的流式設備接口函數(shù)，其中XXX為設備驅(qū)動的前綴，應用程序可以通過文件操作來控制設備。例如：hDevice=Activate DeviceEx(szRegKey_SDMMC，NU-LL，0，NULL)；／*加載SD／MMC卡驅(qū)動*／這個驅(qū)動代碼可以判斷SD卡插入事件。同時，SD卡的數(shù)據(jù)傳輸，基本是通過塊的讀寫實現(xiàn)。當塊進行讀取時，可以發(fā)送命令CMD17，接收到的應答信號為0x00。這樣就能夠直接來接收SD卡數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)的第1 Byte為數(shù)據(jù)令牌0xfe，后面為接收到的數(shù)據(jù)，當輸出口變?yōu)楦唠娖綍r，表明讀取操作完成，SD卡的讀操作與寫操作相同。
為降低系統(tǒng)功耗，非活躍線程平時是被掛起的。如果總線上掛有多個SD卡，就需要用CMD7命令退出當前SD卡，選擇其他CD卡操作。CMD7命令為選擇卡或取消卡，在初始化的時候發(fā)送CMD7命令，SD卡將進入數(shù)據(jù)發(fā)送模式，在數(shù)據(jù)模式里發(fā)送CMD7則退出當前卡的操作。需要注意的是，在數(shù)據(jù)模式里不同的狀態(tài)只支持特定命令，如在數(shù)據(jù)模式里發(fā)送讀ID指令則無效。同時，為減少SD Host驅(qū)動程序設計的復雜性，使其具有較好的可移植性，可以采用Bsquare提供的SD Host DDK，它在Bsquare SD協(xié)議棧的基礎上，提供了平臺獨立的總線、客戶端驅(qū)動和一組標準化的API供使用。在該體系結(jié)構(gòu)下，SD主控制器驅(qū)動負責檢查SD卡的插拔狀態(tài)，檢測插入卡的類型，設置SD主控制器時鐘等SD接口的硬件操作；SD總線驅(qū)動則負責上層卡驅(qū)動的裝載和移除，維護每一個插槽的總線請求隊列等。該結(jié)構(gòu)的設計很大程度上減少了SD Host驅(qū)動程序設計的復雜性，使SD Host控制器驅(qū)動程序設計可以專注于硬件相關(guān)的部分?？偩€驅(qū)動是SD卡客戶端驅(qū)動程序和SDHost驅(qū)動程序之間的一個抽象層，它為SD卡客戶端驅(qū)動提供平臺獨立的服務接口。SD Host驅(qū)動程序需要完成處理器和硬件平臺相關(guān)的處理，向上層驅(qū)動提供統(tǒng)一的服務接口。

4 結(jié)束語
SD卡是目前廣泛應用的可擦除的大容量存儲設備，其接口設計可作為各類嵌入式系統(tǒng)中存儲單元的一般解決方案。