基于A(yíng)RM和SD卡的嵌入式文件系統研究與設計

摘 要：本文針對汽車(chē)性能檢測儀對數據的存儲和交換要求，在S3C2410A處理器和mCOS-II操作系統基礎上采用SD卡設計開(kāi)發(fā)了一種嵌入式文件系統。文章首先介紹SD卡的接口電路，接著(zhù)給出實(shí)現本嵌入式文件系統的3層結構，并且對各層的具體實(shí)現進(jìn)行了剖析。

關(guān)鍵詞：嵌入式文件系統；SD卡；FAT16 ；S3C2410A

引言

隨著(zhù)嵌入式處理器計算機能力的不斷提高，32位MPU已成為嵌入式系統應用的主流。本文針對汽車(chē)性能記錄儀研發(fā)中遇到的數據存儲和數據交換的問(wèn)題，在ARM9嵌入式處理器和mC/OS-II操作系統基礎上采用SD卡設計開(kāi)發(fā)了一種嵌入式文件系統，該系統具有支持多操作系統、易于移植和存儲速度快的特點(diǎn)。

接口電路設計

硬件平臺的控制核心采用三星公司16/32位RISC控制器S3C2410A，它采用ARM920T內核，主頻可達203MHz，內部具有豐富的系統外圍設備控制器，包括SD卡控制器。SD卡支持SPI和BUS兩種接口模式，本系統采用BUS接口模式。S3C2410A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(xiàn))和CMD(命令線(xiàn))分別連接到S3C2410A的 GPE7~GPE10、GPE5和GPE4引腳。SD卡支持單線(xiàn)和4線(xiàn)讀/寫(xiě)，前者通過(guò)DAT0進(jìn)行數據串行傳輸，DAT1作為中斷口，最高傳輸速率25Mbps；后者通過(guò)DAT0~DAT3分別進(jìn)行串行數據傳輸，最高傳輸速率100Mbps。

SD卡嵌入式

文件系統設計與實(shí)現

整個(gè)嵌入式文件系統結構如圖2所示，共分3層，包括SD卡驅動(dòng)層、FAT16文件系統層和應用層。其中，SD卡驅動(dòng)層又分為4層：硬件抽象層、SD卡工具函數層、SD卡命令層和SD卡操作函數接口層。SD卡嵌入式文件系統是基于SD卡需要按整塊進(jìn)行存儲的特性建立起來(lái)的，以塊為單位對SD卡進(jìn)行管理，這樣既便于管理，也可以屏蔽硬件的操作細節，為應用層開(kāi)發(fā)提供了統一標準的API調用。為了便于與上位機進(jìn)行數據交換，采用了Windows和Linux都支持的FAT16文件系統。下面具體說(shuō)明各層的實(shí)現。

SD卡驅動(dòng)層

驅動(dòng)層是面向主控器S3C2410A和SD卡，完成SD卡控制器中相應寄存器的設置和向SD卡發(fā)送命令實(shí)現SD卡初始化、讀、寫(xiě)等操作，目的是為其上層提供相應的功能函數，屏蔽直接對硬件的具體操作。

硬件抽象層

硬件抽象層主要完成對S3C2410A中SD卡控制器相應寄存器的設置，將對SD卡直接控制抽象為對SD卡控制器的操作。

SD卡工具函數層

本層實(shí)現CRC校驗，所有的命令(Command)和響應(Response，R3響應除外)使用CRC7校驗，生成多項式為：G(x)=x7+x3+1；數據校驗采用CRC16，生成多項式為：G(x)=x16+x12+x5+1。CRC7校驗采用直接編程計算的方法， CRC16采用查G(x)=x16+x12+x5+1余式表的方法。

SD卡命令層

本層宏定義了各種命令和響應，實(shí)現了向SD卡發(fā)送各種命令的函數SD_SendCmd()和讀寫(xiě)SD卡內部寄存器等功能。SD總線(xiàn)上以位流的方式傳送命令和數據，分別以0和1表示起始和停止。SD卡讀寫(xiě)時(shí)序如圖3所示。

Command發(fā)起每個(gè)操作，通過(guò)CMD線(xiàn)串行傳輸的。SD卡標準定義了兩種命令：ACMD(Application specific command)和GEN-CMD(General command)，后者可直接發(fā)送，所有的ACMD命令在發(fā)送前必須先發(fā)送CMD55命令， Response是卡對命令的響應，包括R1、R1b、R2、R3四種類(lèi)型，通過(guò)CMD線(xiàn)傳輸。Data block通過(guò)DAT數據線(xiàn)傳輸，在寫(xiě)操作過(guò)程中，由DAT0線(xiàn)傳輸busy信號。