基于Avalon總線的SD卡讀寫控制器的設計
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5 系統(tǒng)硬件設計
為了驗證SD卡讀寫控制器，在DE2開發(fā)平臺上搭建了最基本的硬件系統(tǒng)，主要包括：NiosⅡ處理器，PLL鎖相環(huán)，片上RAM，JTAG UART和自定義的SD卡讀寫控制器。NiosⅡ作為系統(tǒng)主控制器，PLL用來產(chǎn)生SD卡讀／寫所需的時鐘信號，片上RAM用來存儲代碼和數(shù)據(jù)，JTAG UART主要用來調(diào)試，打印數(shù)據(jù)到控制臺驗證寫入的數(shù)據(jù)和讀出的數(shù)據(jù)是否相同。
硬件系統(tǒng)的建立主要利用Altera公司QuartusⅡ開發(fā)工具以及其集成的SoPC Builder完成的，關鍵在于如何用SoPC Builder將SD卡讀寫控制器添加到元件列表中。在SoPC Builder提供的圖形化的界面下，添加控制器Verilog源程序后，設置控制器中各信號在Avalon-MM總線中的信號類型等，圖2即為添加好的SD卡讀寫控制器。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191242.htm
圖2中，各引腳的描述如下：
base_clock：控制器輸入時鐘，該設計采用PLL產(chǎn)生的25MHz時鐘信號；
clk_to_SD：SD卡時鐘信號輸入；
cmd_SD：SD卡命令，響應輸入／輸出信號；
data_SD：SD卡數(shù)據(jù)信號。
根據(jù)SD控制器的寄存器映射，在Nios IDE中編寫C程序控制SD卡控制器進行讀／寫操作，下面代碼為寫SD卡的一段程序，讀SD卡的的過程與其類似。
讀／寫完一個扇區(qū)后，控制器會產(chǎn)生一個中斷，此時即可進行下一次讀／寫操作。由于SD卡讀／寫有比較復雜的時序要求，命令、響應眾多，在設計的初期，采用Modelsim做了各方面的功能仿真，功能仿真完成后采用QuartusⅡ自帶的SignalTapⅡ邏輯分析儀來測試
分析內(nèi)部邏輯的工作狀態(tài)，SignalTapⅡ使用簡單方便，更重要的是可以實時觀測內(nèi)部信號變化，而且可以設置觸發(fā)條件，大大提高了開發(fā)的效率。圖3是用SignalTapⅡ邏輯分析儀捕捉到的波形。
圖3中，status_reg為狀態(tài)寄存器，00000900表明卡已處于就緒狀態(tài)，control_reg為控制寄存器，00000001H表明已經(jīng)開始了一次對扇區(qū)0的寫傳輸，mread的上升沿即開始了Master端口的讀傳輸，這里的讀指的是將內(nèi)存中buf數(shù)組中的數(shù)據(jù)讀入控制器，再由控制器寫入SD卡中，waitrequest為等待信號，高電平時無法進行數(shù)據(jù)傳輸，waitrequest無效后可以很明顯地看到000000DFH由Master端口讀入控制器，再由讀寫控制邏輯寫入SD卡。
6 結語
該設計采用SoPC技術實現(xiàn)了SD卡讀寫控制器，通過NiosⅡ處理器控制實現(xiàn)了SD卡讀／寫。由于該控制器根據(jù)Avalon接口規(guī)范進行開發(fā)，可以很方便以IP核的形式集成到其他SoPC系統(tǒng)中，簡單實現(xiàn)SD卡的讀／寫，大大降低了開發(fā)成本和難度。本文所設計的SD卡讀寫控制器還有一大優(yōu)點就是具有Master端口，可以自主完成數(shù)據(jù)的讀／寫，無需CPU的干預，另外采用了中斷，降低了響應延時，提高了讀／寫速率。該設計滿足了大部分數(shù)據(jù)存儲需求，適用于工業(yè)監(jiān)測控制，一般消費類電子產(chǎn)品等。
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