SD存儲及基于S3C2410的應用

1 引言

SD卡( Secure DigitalMemory Card)是一種基于Flash的新一代存儲器，它著(zhù)重數據存儲的安全、容量和性能，是許多便攜式電子產(chǎn)品如數碼相機、手提電話(huà)， PDA 等理想的外部存儲介質(zhì)。

2　SD的基本概念

2. 1　SD的通信協(xié)議

SD卡系統可以在兩種通信協(xié)議下工作： SD協(xié)議和SP I協(xié)議。用戶(hù)可以在硬件初始化時(shí)自由選擇SD卡系統的通信協(xié)議。對于特定的硬件電路，用戶(hù)只需使用一種通信協(xié)議即可。

本文根據筆者的硬件，僅討論最常用的SD協(xié)議。

2. 2　SD數據傳輸方式

SD支持兩種數據傳輸方式： 1 - bit方式(標準總線(xiàn))和4- bit方式(寬總線(xiàn)) 。在1 - bit方式下，數據僅僅在數據線(xiàn)0(DAT[ 0 ] ) 上傳輸。在4 - bit方式下， 數據在4 根數據線(xiàn)(DAT[ 3： 0 ] )上同時(shí)傳輸。在4 - bit數據傳輸方式下，最高的數據傳輸速率可達100Mb / sec。表1列出了在兩種方式下SD接口信號的定義。

上電后， 缺省狀態(tài)下系統工作于1 - bit方式。在SD卡處于傳輸狀態(tài)時(shí)， 用戶(hù)可以自由地更改為1 - bit或4 - bit方式。

2. 3　SD 通信原理

SD總線(xiàn)是一個(gè)星型的總線(xiàn)結構，系統中允許有一個(gè)主控器，最多可達十個(gè)從設備( SD卡) 。在系統初始化時(shí)，主控器分別為每一個(gè)設備分配一個(gè)設備地址，此后主控器就可以根據此設備地址獨立操作該設備。

SD總線(xiàn)通信是基于命令和數據位流的，每一個(gè)數據流都包括一個(gè)起始位和一個(gè)結束位。

每一個(gè)SD命令表征一個(gè)卡操作的開(kāi)始。SD命令由命令線(xiàn)(CMD)進(jìn)行傳輸。

SD卡在接收到命令后，會(huì )向主控器發(fā)送一個(gè)應答信號，表征已經(jīng)接收了一個(gè)命令。應答信號傳輸在CMD線(xiàn)上。有小部分的命令是沒(méi)有應答信號的，這取決于命令的類(lèi)型。

SD數據傳輸是雙向。所有的數據傳輸都在數據線(xiàn)上進(jìn)行。

2. 4　SD系統中的數據組織格式

SD系統中的命令傳輸、應答信號傳輸和數據傳輸都有各自專(zhuān)門(mén)的組織形式，如圖1。

所有的命令字、應答和數據的第一位都為起始位“0”，最后一位為結束位“1”。

命令字和應答中的第二位為發(fā)送者標志位，“1”表示主控器命令，“0”表示SD卡應答信號。

SD卡根據所接收命令字的不同，有R1， R2， R3和R6四種不同的應答，具體可參考SD相關(guān)文檔。

在進(jìn)行數據傳輸時(shí)，如果使用寬總線(xiàn)傳輸方式，同一時(shí)間有四位數據在傳輸，分別使用四根數據線(xiàn)。每根數據線(xiàn)上的CRC校驗碼是獨立計算的。

3　SD卡操作流程

SD系統所有的通信都由主控器控制。主控器必須負責系統的初始化，設置通信中必需的各種參數，然后再發(fā)起數據讀取或寫(xiě)入操作。在這一系列過(guò)程中， SD卡可能處于如表2所示的各種狀態(tài)中的一種。

3. 1　系統初始化

此階段系統的操作模式屬于卡鑒別模式。

主控制器首先發(fā)送命令字CMD0重置所有系統中處于鑒別模式中的卡。接收到命令CMD0后， SD卡將被初始化，并獲得一個(gè)缺省的地址0 (相對卡地址寄存器RCA = 0x0) 。

接著(zhù)主控器以自己要求的工作電壓范圍為參數發(fā)送命令ACMD41查詢(xún)SD卡的OCR (工作環(huán)境寄存器) 。工作電壓不在此要求范圍內的卡將被排除在進(jìn)一步的總線(xiàn)操作之外并進(jìn)入非活動(dòng)狀態(tài)。符合電壓范圍要求的卡將進(jìn)入就緒狀態(tài)。

緊接下來(lái)主控器發(fā)送命令CMD2以獲得SD卡的標識號CID。SD卡發(fā)送了CID號后進(jìn)入識別狀態(tài)。

最后，主控器以相對地址為參數發(fā)送命令CMD3， SD卡接收到命令后用該參數更新自己的RCA。此后主控器就可以使用此地址尋址該卡。

初始化完成后， SD卡就處于了數據傳輸模式的等待狀態(tài)，這是數據傳輸模式的初始狀態(tài)。此時(shí)通過(guò)卡選擇命令CMD7就進(jìn)入傳輸狀態(tài)，可以進(jìn)行數據的寫(xiě)入與讀出了。

3. 2　SD寫(xiě)操作

SD卡的讀寫(xiě)是以數據塊為基本單位的。數據塊的大小因卡而異，通常塊大小為512字節(Byte)到2048字節。特定卡的數據塊的大小在卡的特性寄存器(CSD)中有定義。特殊情況下，部分卡支持小塊(最小可以字節為單位)讀寫(xiě)。但推薦以塊為單位進(jìn)行讀寫(xiě)。

SD卡支持單塊寫(xiě)入和多塊寫(xiě)入。單塊寫(xiě)入使用命令CMD24，多塊寫(xiě)入使用命令CMD25。當有多個(gè)數據塊要寫(xiě)入時(shí)，使用多塊寫(xiě)入要比多次執行單塊寫(xiě)入能獲得更高的效率。

由于SD卡內部具有緩存區，上述過(guò)程SD卡處于接收數據狀態(tài)，接收到的數據并未真正寫(xiě)入到SD卡的記憶體(memo2ry)內，而是存放在SD卡的緩存區內。當接收數據完成后， SD卡自動(dòng)進(jìn)入數據編程狀態(tài)，這才真正地把數據寫(xiě)入SD卡的記憶體內。

3. 3　SD讀操作

與寫(xiě)操作對應， SD卡支持單塊讀取和多塊讀取。單塊讀取使用命令CMD17，多塊讀取使用命令CMD18。當有多個(gè)數據塊要讀取時(shí)，使用多塊讀取要比多次執行單塊讀取能獲得更高的效率。

4　基于S3C2410的應用

三星的S3C2410是一款32位嵌入式處理器，其內建了一個(gè)SD主控器，兼容SD 1. 0、MMC 2. 11和SD IO 1. 0版本。使用S3C2410可以方便地與SD卡接口。

4. 1　S3C2410和SD卡的接口

S3C2410與SD卡的接口如圖2所示。其中nCD_SD為卡偵測信號，WP_SD為卡的寫(xiě)保護信號。對于簡(jiǎn)單的寫(xiě)操作，只需在寫(xiě)入前檢測WP_SD位。

4. 2　使用S3C2410對SD卡進(jìn)行讀寫(xiě)

在通常的SD讀寫(xiě)操作中，可以使用查詢(xún)方式、中斷方式或DMA。當SD卡處于傳輸狀態(tài)后，先重置S3C2410發(fā)送緩沖區、選擇總線(xiàn)寬度、選擇讀數據或寫(xiě)數據、選擇讀寫(xiě)數據塊的數量，選擇讀寫(xiě)數據塊的起始地址，寫(xiě)入讀或寫(xiě)命令字，然后根據要讀寫(xiě)的數據塊數目連續地從/向SD數據緩沖區中讀出或寫(xiě)入一個(gè)或多個(gè)數據塊。以下代碼可以使用查詢(xún)方式向SD卡寫(xiě)入一個(gè)或多個(gè)數據塊：

對SD卡進(jìn)行讀操作的流程與寫(xiě)操作類(lèi)似，僅是使用的命令字不同。用戶(hù)可根據寫(xiě)操作代碼進(jìn)行修改。

5　結束語(yǔ)

隨著(zhù)越來(lái)越多的電子產(chǎn)品支持SD存儲卡， SD卡的應用范圍越來(lái)越廣。由32位嵌入式處理器S3C2410和SD卡結合構成的存儲系統，為用戶(hù)提供了安全、輕便的存儲解決方案。SD卡功能較多，所有操作并非本文能講述清楚的。但通過(guò)本文的介紹，讀者可以對SD有一個(gè)概念上的了解，并清楚其基本的操作過(guò)程，進(jìn)而加以延伸。