ATmega128L單片機(jī)的MiCrOSD卡讀寫

摘要 針對(duì)電腦橫機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)花型文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的要求，在ATmegal28L單片機(jī)基礎(chǔ)上采用Micro SD卡實(shí)現(xiàn)嵌入式文件系統(tǒng)。文章介紹了Micro SD卡的特點(diǎn)、FAT文件系統(tǒng)、SPI模式協(xié)議以及硬件接口的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)ATmegal28L的SPI模式與Micro SD卡進(jìn)行同步數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)Micro SD卡的讀寫，以FAT32文件格式建立相應(yīng)的文件系統(tǒng)，把數(shù)據(jù)以文件方式寫入Micro SD卡。通過(guò)單片機(jī)向Micro SD卡發(fā)送讀寫扇區(qū)命令，完成文件的創(chuàng)建、打開、讀寫、刪除等操作。
關(guān)鍵詞 ATmegal28L Micro SD卡 串行外設(shè)協(xié)議 文件分配表

引 言
隨著工業(yè)控制系統(tǒng)功能的增強(qiáng)，系統(tǒng)對(duì)于存儲(chǔ)介質(zhì)的安全、容量、性能的要求越來(lái)越高。Micro SD卡是在SD卡和Mini SD卡基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種多功能存儲(chǔ)卡，具備串行和隨機(jī)存取能力，可以通過(guò)專用優(yōu)化速度的串行接口訪問，數(shù)據(jù)傳輸可靠，安全性好，傳輸速度快，存儲(chǔ)容量大，體積小，被列為目前全球最小的迷你存儲(chǔ)卡。Micro SD卡支持SD模式和SPI模式。隨著高性能單片機(jī)的性能不斷提高，利用高性能、低功耗的AVR 8位ATmegal28L單片機(jī)的串行外設(shè)接口SPI與Micro SD卡之間進(jìn)行高速同步數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種嵌入式文件系統(tǒng)。

1 硬件電路設(shè)計(jì)
MicrO SD卡的接口可以支持兩種操作模式：SD模式和SPI模式。主機(jī)系統(tǒng)可以選擇其中任一模式。SD卡模式允許4線的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率高，但是大部分單片機(jī)無(wú)此接口，使用軟件模擬協(xié)議復(fù)雜。SPI模式使用簡(jiǎn)單通用的SPI通道接口就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，目前大多數(shù)單片機(jī)提供SPI接口。SPI模式的優(yōu)勢(shì)在于可以使用標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)，從而把外設(shè)減少到最低。SPI模式相對(duì)于SD模式的缺點(diǎn)是損失了傳輸速度；但是目前的微處理器的處理速度越來(lái)越高，利用SPI模式大都能滿足工程需要。
Micro SD卡要求用全雙工、8位的SPI操作。
ATmegal28L單片機(jī)和Micro SD卡之間只需要4根信號(hào)線就可以完成數(shù)據(jù)的讀寫，當(dāng)CS信號(hào)線為低電平時(shí)，主機(jī)開始所有的總線傳輸。數(shù)據(jù)從單片機(jī)的MOSI引腳同步輸入Micro SD卡的DI引腳，并由Micro SD卡的DO線同步輸入單片機(jī)的MISO引腳，數(shù)據(jù)在CLK信號(hào)的上升沿同步輸入和輸出。在每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)尾還必須提供8個(gè)額外的時(shí)鐘，以允許Micro SD卡完成任何未完結(jié)的操作。由于Micro SD卡的電壓為3．3 V，所以選擇需要支持3．3 V的I／O端口輸出的ATmegal28L單片機(jī)。另外，使用SPI模式時(shí)，為了防止在無(wú)卡接人或卡驅(qū)動(dòng)器呈高阻態(tài)時(shí)總線懸空，根據(jù)SD卡規(guī)范，這些信號(hào)需要在主機(jī)端用10 kQ～100 kΩ的上拉電阻，其硬件連接電路如圖1所示。

2 軟件設(shè)計(jì)
2．1 Micro SD卡初始化為SPI總線模式
ATmegal28L單片機(jī)包含一個(gè)串行外設(shè)接口SPI，可以方便地對(duì)Micro SD卡接口進(jìn)行配置。為了配置時(shí)鐘和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，需要對(duì)SPI控制寄存器SPCR和SPI狀態(tài)寄存器SPSR進(jìn)行設(shè)置：使能SPI，選擇單片機(jī)為主機(jī)模式，時(shí)鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù)，并且對(duì)SPI時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置。Micro SD卡的SPI模式通信由主機(jī)控制。每一個(gè)指令或數(shù)據(jù)塊由8位的字節(jié)和CS標(biāo)志構(gòu)成，SPI通信由指令、響應(yīng)和數(shù)據(jù)組成。主機(jī)先將Micro SD卡的片選CS置低，激活MicroSD卡進(jìn)人工作狀態(tài)。