嵌入式系統的SD卡接口技術(shù)分析與研究

摘要 SD卡是一種基于半導體快閃記憶器開(kāi)發(fā)的新一代記憶設備，被廣泛應用于各種便攜裝置上。許多嵌入式設備也選擇使用SD卡提高系統的穩定性、降低成本。文中分析了嵌入式系統的特點(diǎn)，然后，就基于嵌入式系統的SD卡接口硬件設計和軟件設計進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞 嵌入式系統；SD卡；接口硬件設計

SD卡是一種基于半導體快閃記憶器開(kāi)發(fā)的新一代記憶設備，目前SD卡被廣泛應用于各種便攜式裝置上，一般重量約為2 g，擁有較好的安全性、移動(dòng)靈活性、快速數據傳輸率和高記憶容量。許多嵌入式設備都選擇使用SD卡以提高系統的穩定性、降低成本。

1 嵌入式系統的特點(diǎn)
因為嵌入式系統是一種特殊的計算機系統，所以它和計算機系統一樣，由軟件和硬件構成。以PC為代表的通用計算機系統和嵌入式系統相比，不同的嵌入式系統有不同的特點(diǎn)，但是其主要特點(diǎn)一樣。
(1)嵌入式系統是一種專(zhuān)用計算機系統。嵌人式系統的軟件和硬件是針對特定任務(wù)和應用對象進(jìn)行設計的，具有較強的多樣性和專(zhuān)用性。嵌入式系統所能夠提供的功能，均可提前預知，相對較為固定。
(2)嵌入式系統需要滿(mǎn)足環(huán)境對其的要求。因為嵌入式系統需要被嵌入到特定的對象系統之中，所以它必須滿(mǎn)足對象系統對嵌入式系統的環(huán)境要求，例如能耗少、成本低以及電氣環(huán)境、物理環(huán)境等特定要求，除此之外還需要滿(mǎn)足對壓力、濕度、溫度這些自然環(huán)境的要求。
(3)嵌入式系統是集各行業(yè)應用和計算機技術(shù)為一體的集成系統。嵌入式系統是利用先進(jìn)的電子技術(shù)、半導體技術(shù)、計算機技術(shù)與其他各行業(yè)應用相結合后的產(chǎn)物，這個(gè)特定就決定了嵌人式系統是一個(gè)不斷創(chuàng )新、高度分散、資金密集、技術(shù)密集的知識集成系統。
(4)嵌入式系統與其他產(chǎn)品相比，有很長(cháng)的生命周期。嵌入式系統能夠緊密地應用于實(shí)際生產(chǎn)，它的更新?lián)Q代與實(shí)際的產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行，所以基于嵌入式系統開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，得具有強大的競爭力和很長(cháng)的生命周期。

2 基于嵌入式系統的SD卡接口硬件設計
SD卡的接口可以支持兩種操作模式：一種是SD卡模式，另一種是SPI模式。SD接口允許1～4線(xiàn)數據信號設置。加電后，SD卡使用DAT0。初始化后，主機可以改變線(xiàn)寬。Freescale公司設計開(kāi)發(fā)的MCF51QE128是一款32位低功耗嵌入式微控制器，該嵌入式微控制器采用SPI的模式實(shí)現和SD卡的接口。因為MCF51QE128的最佳工作電壓為3．6 V，功耗較低，可以和SD卡的工作電壓進(jìn)行兼容處理，可以無(wú)需利用電平轉換電路，可以直接與SD卡連接，這里選用嵌入式微控制器的第2個(gè)SPI口，硬件連接如圖1所示。SD卡的接口主要能支持兩種操作模式：一種是SD卡模式；另一種是SPI模式。主機系統可以根據需要，選擇一種模式，SD卡的可以允許4線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行數據傳輸。接到復位命令時(shí)，低電平有效，
SPI模式啟用。SPI模式可以允許那些簡(jiǎn)單且通用的SPI通道接口，SPI模式與SD模式相比而言，喪失了速度優(yōu)勢。

3 基于嵌入式系統的SD卡接口軟件設計
SD卡接口軟件設計，就是SD卡與嵌入式設備接觸時(shí)的接口驅動(dòng)程序。驅動(dòng)程序要實(shí)現相應XXX_Open()，XXX_Close()等響應的流式設備接口函數，其中XXX為設備驅動(dòng)的前綴，應用程序可以通過(guò)文件操作來(lái)控制設備。例如：hDevice=Activate DeviceEx(szRegKey_SDMMC，NU-LL，0，NULL)；／*加載SD／MMC卡驅動(dòng)*／這個(gè)驅動(dòng)代碼可以判斷SD卡插入事件。同時(shí)，SD卡的數據傳輸，基本是通過(guò)塊的讀寫(xiě)實(shí)現。當塊進(jìn)行讀取時(shí)，可以發(fā)送命令CMD17，接收到的應答信號為0x00。這樣就能夠直接來(lái)接收SD卡數據，接收到的數據的第1 Byte為數據令牌0xfe，后面為接收到的數據，當輸出口變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，表明讀取操作完成，SD卡的讀操作與寫(xiě)操作相同。
為降低系統功耗，非活躍線(xiàn)程平時(shí)是被掛起的。如果總線(xiàn)上掛有多個(gè)SD卡，就需要用CMD7命令退出當前SD卡，選擇其他CD卡操作。CMD7命令為選擇卡或取消卡，在初始化的時(shí)候發(fā)送CMD7命令，SD卡將進(jìn)入數據發(fā)送模式，在數據模式里發(fā)送CMD7則退出當前卡的操作。需要注意的是，在數據模式里不同的狀態(tài)只支持特定命令，如在數據模式里發(fā)送讀ID指令則無(wú)效。同時(shí)，為減少SD Host驅動(dòng)程序設計的復雜性，使其具有較好的可移植性，可以采用Bsquare提供的SD Host DDK，它在Bsquare SD協(xié)議棧的基礎上，提供了平臺獨立的總線(xiàn)、客戶(hù)端驅動(dòng)和一組標準化的API供使用。在該體系結構下，SD主控制器驅動(dòng)負責檢查SD卡的插拔狀態(tài)，檢測插入卡的類(lèi)型，設置SD主控制器時(shí)鐘等SD接口的硬件操作；SD總線(xiàn)驅動(dòng)則負責上層卡驅動(dòng)的裝載和移除，維護每一個(gè)插槽的總線(xiàn)請求隊列等。該結構的設計很大程度上減少了SD Host驅動(dòng)程序設計的復雜性，使SD Host控制器驅動(dòng)程序設計可以專(zhuān)注于硬件相關(guān)的部分?？偩€(xiàn)驅動(dòng)是SD卡客戶(hù)端驅動(dòng)程序和SDHost驅動(dòng)程序之間的一個(gè)抽象層，它為SD卡客戶(hù)端驅動(dòng)提供平臺獨立的服務(wù)接口。SD Host驅動(dòng)程序需要完成處理器和硬件平臺相關(guān)的處理，向上層驅動(dòng)提供統一的服務(wù)接口。

4 結束語(yǔ)
SD卡是目前廣泛應用的可擦除的大容量存儲設備，其接口設計可作為各類(lèi)嵌入式系統中存儲單元的一般解決方案。