C8051F020在SD卡主控制器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　3.3V的工作電壓，與SD卡工作電壓兼容。

　　時(shí)鐘系統(tǒng)更加完善，可以使用內(nèi)部時(shí)鐘，也可以使用外部時(shí)鐘。

　　可實(shí)現(xiàn)通過JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試。

　　C8051F系列單片機(jī)的SPI串行接口的主要特點(diǎn)如下：全雙工，三線同步傳輸，即在發(fā)送的同時(shí)也能接受；可以工作在主機(jī)方式或從機(jī)方式；主機(jī)最大數(shù)據(jù)傳輸速率（位/秒）是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/2.因而最高可達(dá)10Mb/s；SPI位傳輸速率可通過編程選擇；發(fā)送結(jié)束設(shè)置中斷標(biāo)志。發(fā)送期間不占用CPU時(shí)間；串行時(shí)鐘極性與相位可編程改變；具有寫沖突保護(hù)和總線競爭保護(hù)。

　　對于C8051F020的SPI系統(tǒng)。首先通過設(shè)置I/O端口功能選擇開關(guān)控制寄存器XBR0、XBR1、XBR2.將I/O端口P0.0、P0.1、P0.2、P0.3配置成SPI功能引腳SCK、MISO、MOSI和NSS。此時(shí)I/0端口P0.0、P0.1、P0.2、P0.3就組合成SPI接口了。SPI0CFG是SPI的配置寄存器，用于配置SPI的工作方式。并反映通信過程中的數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。并反映通信過程中的一些錯(cuò)誤標(biāo)志，SPI0CKR是SPI的時(shí)鐘速率寄存器，用于選擇SCK輸出的頻率。

　　主控制器C8051F020與SD卡座的電路連接圖如圖3所示。除了SPI接口的連接外，還有三根控制線，P0.4_SD_INSERT就是I/O端口P0.4，用于檢測SD卡在卡座上是否插好。完全插入時(shí)該引腳為低電平，否則為高電平。P0.5_SD_WP就是I/O端口P0.5，用于檢測SD卡當(dāng)前是否設(shè)置寫保護(hù)。寫保護(hù)時(shí)該引腳為高電平，否則為低電平。P0.6_SD_POWER就是I/O端口P0.6，用于SD卡的供電控制，這是為了在SD卡進(jìn)入不確定狀態(tài)時(shí)，可以通過對卡重新上電復(fù)位而無需拔出卡。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　硬件抽象層包括訪問SD卡的硬件環(huán)境配置、SPI接口實(shí)現(xiàn)通訊的基本函數(shù)以及SPI中斷的處理。硬件環(huán)境配置包括硬件初始化、以及內(nèi)存變量初始化等。SPI接口實(shí)現(xiàn)通訊的基本函數(shù)，包括主控制器向SD卡發(fā)送一字節(jié)和從SD卡讀取一字節(jié)的基本函數(shù)，這是所有SPI通訊的基礎(chǔ)。SPI中斷處理是SPI接口產(chǎn)生中斷時(shí)。中斷服務(wù)程序被自動調(diào)用，在中斷服務(wù)程序中，讀取SPI控制寄存器。這里存放著產(chǎn)生中斷的各種狀態(tài)標(biāo)志，根據(jù)不同的狀態(tài)標(biāo)志，調(diào)用不同的函數(shù)處理。

　　命令層，就是調(diào)用硬件抽象層的基本發(fā)送接收字節(jié)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)SD卡所有SPI協(xié)議規(guī)定的命令。根據(jù)SD卡協(xié)議，訪問SD卡的不同功能，由不同的命令實(shí)現(xiàn)。這些命令分成0—9個(gè)不同的類別。每種類別包括幾個(gè)具體的命令，對于SPI協(xié)議，每個(gè)命令都由主機(jī)主動發(fā)送。高位在前低位在后，SD卡收到命令后。根據(jù)不同的命令做出不同的響應(yīng)。主機(jī)發(fā)送的命令長度總是6個(gè)字節(jié)。命令的格式如表2所示，Command表示命令號，占用6位，Parameter表示命令參數(shù)，長度為4字節(jié)，不同的命令對應(yīng)不同的命令參數(shù)值。SD卡的響應(yīng)有4種格式，分別為R1、R1B、R2和R3格式。

　　表2 SPI模式命令格式

　　字節(jié)6 字節(jié)2～5 字節(jié)1

　　0 1 Command Parameter（高位在前） CRC 1

　　應(yīng)用層函數(shù)提供客戶程序訪問SD卡的高級接口函數(shù)。使客戶不需要知道SD卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和命令內(nèi)容、不需要知道SPI的接口協(xié)議等基本內(nèi)容，客戶程序只需要簡單地調(diào)用接口函數(shù)了解SD卡的當(dāng)前狀態(tài)、讀取自己需要的內(nèi)容或?qū)懭胱约旱膬?nèi)容。應(yīng)用層程序是在命令層基礎(chǔ)上的更高抽象，調(diào)用命令層函數(shù)實(shí)現(xiàn)

　　4 結(jié)論

　　本文將SD卡存儲方式運(yùn)用到飛機(jī)飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，簡化了采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減小了系統(tǒng)尺寸，提高了系統(tǒng)的可靠性，使采集數(shù)據(jù)的讀出變得簡單易行。由于原有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用8051單片機(jī)作主控制器，本次設(shè)計(jì)選用與8051完全兼容的高性能單片機(jī)C8051F020。既繼承了原有采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，又滿足了訪問SD卡的功能要求，加快了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)程。