基于SoPC和NIOS II的SD卡文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
SD卡處于SPI模式的驅(qū)動(dòng)主要包含有:
(1)SPI底層的操作,SPI的命令和數(shù)據(jù)塊都是以8個(gè)比特為單位進(jìn)行分組和發(fā)送的。
(2)關(guān)于CMD的操作,主要有SD卡的初始化以及SD卡的讀寫,先發(fā)送命令然后再發(fā)送CRC校驗(yàn)。
(3)CRC校驗(yàn)使用NIOSⅡ來解決這個(gè)問題:NIOSⅡ軟件架構(gòu)建立在硬件抽象層HAL(Hardware Abstraction Layer)之上,HAL為NIOS軟件開發(fā)者提供了編程接口、底層的設(shè)備驅(qū)動(dòng)、HAL API、和C標(biāo)準(zhǔn)庫等資源,表1為系統(tǒng)整體的架構(gòu)示意。本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/189630.htm
HAL的系統(tǒng)庫為NIOSⅡ軟件設(shè)計(jì)人員提供了應(yīng)用程序與底層硬件交互的設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口,簡化了應(yīng)用程序的開發(fā)。HAL系統(tǒng)庫也為應(yīng)用程序與底層硬件驅(qū)動(dòng)劃分了一條清晰的分界線,提高了應(yīng)用程序的復(fù)用性,使得應(yīng)用程序不受底層硬件變化的影響。
SD卡的上電初始化過程可以分成以下5個(gè)步驟:
(1)適當(dāng)延時(shí)等待SD就緒;
(2)發(fā)送74+個(gè)spi_clk,且保持spi_cs_n=1 spi_mosi=1;
(3)發(fā)送CMD0命令并等待響應(yīng)R1=8’H01,將卡復(fù)位到IDLE;
(4)發(fā)送CMD1命令并等待響應(yīng)R1=8’H00,激活卡的初始化進(jìn)程;
(5)發(fā)送CMD16命令并等待響應(yīng)R1=8’H00,設(shè)置一次讀寫B(tài)LOCK的長度。
SD卡的數(shù)據(jù)讀取操作也大致可以分為以下步驟:
(1)發(fā)送命令CMD17;
(2)接受讀數(shù)據(jù)起始令牌0xFE;
(3)讀取512 B數(shù)據(jù)以及2 B的CRC。
借助于NIOSⅡ可以軟件編寫最底層的SPI操作函數(shù)來實(shí)現(xiàn)上述復(fù)雜的步驟:
extern INT8U SPI Sendbvte(INT8U data)
extern INT8U SPI_Recibyte(void)
上面分別是SPI發(fā)送1 B以及接收1 B,這2個(gè)函數(shù)的使用需要調(diào)用SoPC中的SPI核中的庫函數(shù),然后是SD卡的初始化和讀寫函數(shù):
初始化: extern int SD_Reset(void);
讀一扇區(qū):extern inI SD_ReadBlock(INT32Ublockaddr,INT8U*recibuf);
寫一扇區(qū):extern int SD_WriteBlock(INT32Ublockaddr,INT8U*sendbuf);
通過這些代碼,可以一步步的向SD卡發(fā)送CMD指令,使其復(fù)位,激活成SPI模式,并設(shè)置塊大小為512 B。
3 文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
若讀寫操作都是以扇區(qū)為單位,SD卡僅相當(dāng)于FLASH。為了管理SD卡中的數(shù)據(jù),并方便在Windows系統(tǒng)中訪問SD卡中的數(shù)據(jù),就必須將SD卡中的數(shù)據(jù)有效組織起來,以文件的形式進(jìn)行存儲和訪問,可以給SD卡創(chuàng)建一個(gè)文件系統(tǒng),常見的是微軟公司推出的FAT16和進(jìn)化版FAT32。
FAT存儲原理:FAT16由6部分組成,首先是引導(dǎo)扇區(qū)(DBR),引導(dǎo)扇區(qū)(DBR)即操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū),通常占用分區(qū)的第0扇區(qū)共512 B。在512 B中,又由跳轉(zhuǎn)指令、廠商標(biāo)志、操作系統(tǒng)版本號、BPB、擴(kuò)展BPB、OS引導(dǎo)程序、結(jié)束標(biāo)志幾部分組成。如圖3所示,根文件夾緊跟著的是FAT表(FAT1,F(xiàn)AT2,F(xiàn)AT2是FAT1的備份),F(xiàn)AT表是FAT16文件系統(tǒng)用來記錄磁盤數(shù)據(jù)簇鏈結(jié)構(gòu)的,F(xiàn)AT中磁盤空間按照一定數(shù)目的扇區(qū)為最單位進(jìn)行劃分,這種單位稱為簇,一般每扇區(qū)分為512 B,而簇的大小是2n(n為整數(shù))個(gè)扇區(qū),所以簇的大小一般是512 B,1 KB,2 KB,4 KB等,一般不超過32 KB。以簇為單位的原因是扇區(qū)太小,如果用扇區(qū)的話對大文件的存取會(huì)消耗很多資源,增加FAT表的項(xiàng)數(shù),這樣文件系統(tǒng)的效率就非常低。
文件系統(tǒng)本質(zhì)上就是把上層對文件的操作轉(zhuǎn)換為底層對數(shù)據(jù)簇的操作(例如初始化,讀扇區(qū),寫扇區(qū)等)。
本文中最底層的2個(gè)函數(shù)如下:
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