基于SoPC和NIOS II的SD卡文件系統的設計

HAL的系統庫為NIOSⅡ軟件設計人員提供了應用程序與底層硬件交互的設備驅動(dòng)接口，簡(jiǎn)化了應用程序的開(kāi)發(fā)。HAL系統庫也為應用程序與底層硬件驅動(dòng)劃分了一條清晰的分界線(xiàn)，提高了應用程序的復用性，使得應用程序不受底層硬件變化的影響。
SD卡的上電初始化過(guò)程可以分成以下5個(gè)步驟：
(1)適當延時(shí)等待SD就緒；
(2)發(fā)送74+個(gè)spi_clk，且保持spi_cs_n=1 spi_mosi=1；
(3)發(fā)送CMD0命令并等待響應R1=8’H01，將卡復位到IDLE；
(4)發(fā)送CMD1命令并等待響應R1=8’H00，激活卡的初始化進(jìn)程；
(5)發(fā)送CMD16命令并等待響應R1=8’H00，設置一次讀寫(xiě)BLOCK的長(cháng)度。
SD卡的數據讀取操作也大致可以分為以下步驟：
(1)發(fā)送命令CMD17；
(2)接受讀數據起始令牌0xFE；
(3)讀取512 B數據以及2 B的CRC。
借助于NIOSⅡ可以軟件編寫(xiě)最底層的SPI操作函數來(lái)實(shí)現上述復雜的步驟：
extern INT8U SPI Sendbvte(INT8U data)
extern INT8U SPI_Recibyte(void)
上面分別是SPI發(fā)送1 B以及接收1 B，這2個(gè)函數的使用需要調用SoPC中的SPI核中的庫函數，然后是SD卡的初始化和讀寫(xiě)函數：
初始化： extern int SD_Reset(void)；
讀一扇區：extern inI SD_ReadBlock(INT32Ublockaddr，INT8U*recibuf)；
寫(xiě)一扇區：extern int SD_WriteBlock(INT32Ublockaddr，INT8U*sendbuf)；
通過(guò)這些代碼，可以一步步的向SD卡發(fā)送CMD指令，使其復位，激活成SPI模式，并設置塊大小為512 B。

3 文件系統的設計
若讀寫(xiě)操作都是以扇區為單位，SD卡僅相當于FLASH。為了管理SD卡中的數據，并方便在Windows系統中訪(fǎng)問(wèn)SD卡中的數據，就必須將SD卡中的數據有效組織起來(lái)，以文件的形式進(jìn)行存儲和訪(fǎng)問(wèn)，可以給SD卡創(chuàng )建一個(gè)文件系統，常見(jiàn)的是微軟公司推出的FAT16和進(jìn)化版FAT32。
FAT存儲原理：FAT16由6部分組成，首先是引導扇區(DBR)，引導扇區(DBR)即操作系統引導記錄區，通常占用分區的第0扇區共512 B。在512 B中，又由跳轉指令、廠(chǎng)商標志、操作系統版本號、BPB、擴展BPB、OS引導程序、結束標志幾部分組成。如圖3所示，根文件夾緊跟著(zhù)的是FAT表(FAT1，FAT2，FAT2是FAT1的備份)，FAT表是FAT16文件系統用來(lái)記錄磁盤(pán)數據簇鏈結構的，FAT中磁盤(pán)空間按照一定數目的扇區為最單位進(jìn)行劃分，這種單位稱(chēng)為簇，一般每扇區分為512 B，而簇的大小是2n(n為整數)個(gè)扇區，所以簇的大小一般是512 B，1 KB，2 KB，4 KB等，一般不超過(guò)32 KB。以簇為單位的原因是扇區太小，如果用扇區的話(huà)對大文件的存取會(huì )消耗很多資源，增加FAT表的項數，這樣文件系統的效率就非常低。

文件系統本質(zhì)上就是把上層對文件的操作轉換為底層對數據簇的操作(例如初始化，讀扇區，寫(xiě)扇區等)。
本文中最底層的2個(gè)函數如下：