基于NiosⅡ的SD卡驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)

摘要：提出一種在FPGA NiosⅡ軟核處理器下SD卡驅動(dòng)設計的方法。采用Altera公司的FPGA可編程邏輯器件，構建了NiosⅡ軟核處理器平臺，并在此之上實(shí)現了SD卡的驅動(dòng)設計。實(shí)驗結果表明：設計提高了FPGA系統的設計靈活度，并有效地控制了FPGA的資源利用率。
關(guān)鍵詞：NiosⅡ；Avalon總線(xiàn)；SD卡；驅動(dòng)；HAL

近年來(lái)，基于FPGA的軟核處理器以其高度的設計靈活性和低成本在嵌入式市場(chǎng)中得到重視并不斷發(fā)展。其中具有代表性的軟核處理器有Ahera的NiosⅡ處理器和Xilinx的MicroBlaze處理器。NiosⅡ處理器具有完全的可定制性，包括處理器的定制，外設的定制和接口的定制等；32位的NiosⅡ處理器具有超過(guò)200 DIMP的性能，而其成本只有同級別性能ARM處理器的l／10。此外，SD存儲卡以其大容量和小尺寸的特點(diǎn)，成為市面上各種嵌入式消費產(chǎn)品最常見(jiàn)的存儲媒介，探討SD卡設備的設計具有廣泛的應用價(jià)值。這里將結合NiosⅡ處理器的總線(xiàn)架構，分析SD卡的接口協(xié)議和驅動(dòng)程序設計方法，并給出SD卡設備在NiosⅡ處理器的設計實(shí)例。

1 NiOSⅡ處理器的Avalon總線(xiàn)架構
Nios和NiosⅡ都使用了Avalon總線(xiàn)，這是一種交換式架構的片內總線(xiàn)。該總線(xiàn)形式和PCI、ISA等板間互連總線(xiàn)的最大區別在于：其主從設備之間有緊密耦合關(guān)系。Avalon總線(xiàn)架構中，由硬件設計人員通過(guò)SOPC Builder規定互連的主從設備(包括數據、控制信號、片選、地址的互連)，不連接的設備之間是互相看不到的。每個(gè)Avalon主設備端有多路復用器，用來(lái)從多個(gè)從設備的數據總線(xiàn)中選擇當前要訪(fǎng)問(wèn)的數據。圖l為Avalon總線(xiàn)系統結構。

Avalon接口用于提供描述主外設和從外設中基于地址讀／寫(xiě)接口的基礎，例如，微控制器、存儲器、UART及定時(shí)器等。接口規范定義了外設和Avalon開(kāi)關(guān)互聯(lián)結構之間的數據傳輸。在沒(méi)有主或從接口限制的情況下，規范的互聯(lián)策略允許任何主外設連接到任何從外設；Avalon接口描述了一個(gè)可配置的互聯(lián)策略，允許外設的設計者限制某種特定傳輸所需的信號類(lèi)型。
Avalon定義了5種傳輸方式：從端口傳輸、主端口傳輸、流水線(xiàn)讀傳輸、流傳輸控制和三態(tài)傳輸。這里僅分析SD卡設備所使用的從端口傳輸方式。
1．1 從設備信號
從設備信號是與主設備相連接的一組信號端口，這里所針對的SD卡設備的Avalon從端口需定義的信號端口如表1所列。

表l所列出的從設備信號只是這里所針對的SD卡設備所需要的信號，并不是從設備所支持的所有信號。對于其他從設備可根據其自身特點(diǎn)及需要來(lái)選擇相應的信號接口。