基于NiosⅡ的SD卡驅(qū)動程序開發(fā)

摘要：提出一種在FPGA NiosⅡ軟核處理器下SD卡驅(qū)動設(shè)計的方法。采用Altera公司的FPGA可編程邏輯器件，構(gòu)建了NiosⅡ軟核處理器平臺，并在此之上實現(xiàn)了SD卡的驅(qū)動設(shè)計。實驗結(jié)果表明：設(shè)計提高了FPGA系統(tǒng)的設(shè)計靈活度，并有效地控制了FPGA的資源利用率。
關(guān)鍵詞：NiosⅡ；Avalon總線；SD卡；驅(qū)動；HAL

近年來，基于FPGA的軟核處理器以其高度的設(shè)計靈活性和低成本在嵌入式市場中得到重視并不斷發(fā)展。其中具有代表性的軟核處理器有Ahera的NiosⅡ處理器和Xilinx的MicroBlaze處理器。NiosⅡ處理器具有完全的可定制性，包括處理器的定制，外設(shè)的定制和接口的定制等；32位的NiosⅡ處理器具有超過200 DIMP的性能，而其成本只有同級別性能ARM處理器的l／10。此外，SD存儲卡以其大容量和小尺寸的特點，成為市面上各種嵌入式消費產(chǎn)品最常見的存儲媒介，探討SD卡設(shè)備的設(shè)計具有廣泛的應(yīng)用價值。這里將結(jié)合NiosⅡ處理器的總線架構(gòu)，分析SD卡的接口協(xié)議和驅(qū)動程序設(shè)計方法，并給出SD卡設(shè)備在NiosⅡ處理器的設(shè)計實例。

1 NiOSⅡ處理器的Avalon總線架構(gòu)
Nios和NiosⅡ都使用了Avalon總線，這是一種交換式架構(gòu)的片內(nèi)總線。該總線形式和PCI、ISA等板間互連總線的最大區(qū)別在于：其主從設(shè)備之間有緊密耦合關(guān)系。Avalon總線架構(gòu)中，由硬件設(shè)計人員通過SOPC Builder規(guī)定互連的主從設(shè)備(包括數(shù)據(jù)、控制信號、片選、地址的互連)，不連接的設(shè)備之間是互相看不到的。每個Avalon主設(shè)備端有多路復(fù)用器，用來從多個從設(shè)備的數(shù)據(jù)總線中選擇當(dāng)前要訪問的數(shù)據(jù)。圖l為Avalon總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

Avalon接口用于提供描述主外設(shè)和從外設(shè)中基于地址讀／寫接口的基礎(chǔ)，例如，微控制器、存儲器、UART及定時器等。接口規(guī)范定義了外設(shè)和Avalon開關(guān)互聯(lián)結(jié)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)傳輸。在沒有主或從接口限制的情況下，規(guī)范的互聯(lián)策略允許任何主外設(shè)連接到任何從外設(shè)；Avalon接口描述了一個可配置的互聯(lián)策略，允許外設(shè)的設(shè)計者限制某種特定傳輸所需的信號類型。
Avalon定義了5種傳輸方式：從端口傳輸、主端口傳輸、流水線讀傳輸、流傳輸控制和三態(tài)傳輸。這里僅分析SD卡設(shè)備所使用的從端口傳輸方式。
1．1 從設(shè)備信號
從設(shè)備信號是與主設(shè)備相連接的一組信號端口，這里所針對的SD卡設(shè)備的Avalon從端口需定義的信號端口如表1所列。

表l所列出的從設(shè)備信號只是這里所針對的SD卡設(shè)備所需要的信號，并不是從設(shè)備所支持的所有信號。對于其他從設(shè)備可根據(jù)其自身特點及需要來選擇相應(yīng)的信號接口。