基于ARM9和μC／OS-II的SD卡文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著嵌入式式技術(shù)的不斷發(fā)展，ARM處理器憑借其高性能、廉價(jià)、耗能低的優(yōu)質(zhì)特性而得到廣泛應(yīng)用。文中主要針對(duì)貨車(chē)動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)中大量實(shí)時(shí)載重數(shù)據(jù)存取的需求，在ARM9嵌入式處理器和μC／OS-II操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種SD卡文件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、存取速率高、易維護(hù)，易移植等特點(diǎn)。

1 硬件接口電路設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)處理器為S3C2440A，是三星公司推出的16／32位RISC微處理器，ARM920T內(nèi)核，主頻400 MHz，最高可達(dá)533 MHz，內(nèi)部具有豐富的系統(tǒng)外圍控制器和多種通信接口。SD卡支持SPI和SD兩種通信模式，S3C2440A具有SD卡接口，支持SD總線模式，所以不再像低端的ARM處理器那樣采用SPI模式，而是采用SD總線模式，這樣可以大大提高SD卡的讀寫(xiě)速度。S3C2440A與SD卡讀寫(xiě)器的接口電路如圖1所示。

SD卡的DAT0～DAT3、CLK(時(shí)鐘線)和CMD(命令線)分別連接到S3C2440A的SDDATA0～SDDATA3、SDCLK和SDCMD引腳。SD卡支持單線和寬總線的數(shù)據(jù)傳輸，寬總線數(shù)據(jù)一次傳4位，數(shù)度更快，因此，此設(shè)計(jì)采用寬總線方式。

2 SD卡文件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
μC／OS-II是一種可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，搶占式的，實(shí)時(shí)多任務(wù)小型的嵌入式操作系統(tǒng)，它采用可剝離式內(nèi)核實(shí)施任務(wù)調(diào)度，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)，而且每個(gè)任務(wù)具有唯一的優(yōu)先級(jí)，能夠保證就續(xù)表中任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行。μC／OS-II大部分代碼是用移植性很高的C語(yǔ)言編寫(xiě)的，只極少部分與處理器密切相關(guān)的部分代碼用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，因此只需要做很少的工作就可以很方便地將它移植到各種不同構(gòu)架的微處理器上。

為了增強(qiáng)軟件的可移植性，易維護(hù)性，程序設(shè)計(jì)時(shí)采用層次化，模塊化設(shè)計(jì)。模塊化結(jié)構(gòu)如圖2所示，除了用來(lái)進(jìn)行管理的操作系統(tǒng)外，共分為4個(gè)模塊，包括SD卡底層驅(qū)動(dòng)，文件系統(tǒng)，API接口，用戶應(yīng)用程序。底層驅(qū)動(dòng)完成SD卡初始化，以及實(shí)質(zhì)上的讀寫(xiě)功能；文件系統(tǒng)采用PC機(jī)普遍支持的FAT32文件系統(tǒng)規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)，完成文件的創(chuàng)建，讀寫(xiě)，刪除功能；API接口封裝文件系統(tǒng)提供的函數(shù)，供上層應(yīng)用使用；用戶應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用文件系統(tǒng)提供的API函數(shù)，完成相應(yīng)的功能。各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)下面會(huì)做以說(shuō)明。
2．1 底層驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
2．1．1 SD卡初始化
SD卡讀寫(xiě)操作都是基于命令的，通過(guò)向SD卡發(fā)送命令并讀取命令的響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)SD卡的控制。在SD卡讀寫(xiě)之前，首先要進(jìn)行初始化操作。這是確保SD卡能進(jìn)行正常數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的前提，SD卡初始化完成了SD卡上電，確認(rèn)，設(shè)置邏輯地址，使其進(jìn)入傳輸狀態(tài)以及設(shè)置總線帶寬幾大主要工作。需要注意的是，在發(fā)送使SD卡空閑命令CMD0之前至少等待74個(gè)時(shí)鐘，確保SD卡進(jìn)入SD總線模式。SD卡初始化代碼編寫(xiě)如下：

2．1．2 SD卡讀寫(xiě)實(shí)現(xiàn)
初始化完戚之后，就可對(duì)SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作，通過(guò)設(shè)置SDI數(shù)據(jù)控制寄存器SDIDCON來(lái)確定SD卡的讀寫(xiě)長(zhǎng)度，讀操作時(shí)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度作沒(méi)有明確限制，寫(xiě)操作時(shí)，每次寫(xiě)的長(zhǎng)度必須為BLOCK的倍數(shù)。SD卡的讀寫(xiě)可以一次性讀寫(xiě)單塊數(shù)據(jù)，也可以一次性讀寫(xiě)多塊數(shù)據(jù)，多塊數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)結(jié)束時(shí)，要發(fā)送CMD12結(jié)束指令。主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)：Write_Card_Block()-寫(xiě)入單塊數(shù)據(jù)；Write_Card_Data()-寫(xiě)入多塊數(shù)據(jù)；Read_Card_Block()-讀多塊數(shù)據(jù)；Read_Card-Data()-讀多塊數(shù)據(jù)。