引言

MMC、SD卡和SDHC卡都是基于Flash技術(shù)的新一代存儲(chǔ)器，具有體積小、容量大、數(shù)據(jù)傳輸快、移動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，是許多便攜式電子儀器理想的外部存儲(chǔ)介質(zhì)．在數(shù)碼相機(jī)、MP3、手機(jī)與大容量存儲(chǔ)設(shè)備中被廣泛使用。MMC卡是基于NAND快閃記憶技術(shù)開(kāi)發(fā)的存儲(chǔ)卡：SD卡是在MMC卡的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)研制的一款具有大容量、高性能、安全性好等特點(diǎn)的多功能存儲(chǔ)卡．存儲(chǔ)容量最高可達(dá)4G：SDHC是高容量SD存儲(chǔ)卡．SD2．0系統(tǒng)規(guī)范中規(guī)定SDHC卡的容量范圍為大于2GB小于等于32GB．速度最高可達(dá)25MB/秒。近年來(lái)．雖然MMC卡技術(shù)已逐漸被SD卡所代替．但SD卡接口向下兼容MMC卡．因此MMC卡仍在很多應(yīng)用場(chǎng)合使用。SD/MMC卡有SD和SPI兩種通信模式。前者可獲得比后者更高的通信速率。目前的SD/MMC接口多采用SPI通信模式。為了能獲得更快的卡訪問(wèn)速度．并且在同一個(gè)接口中支持對(duì)MMC、SD和SDHC三類卡的訪問(wèn)，筆者基于S3C2410控制器設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)采用SD通信模式的通用的SD/MMC卡驅(qū)動(dòng)。下面具體描述該驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

1 S3C2410片內(nèi)SD接口

S3C2410是三星公司的16/32位RISC控制器，它內(nèi)部具有豐富的系統(tǒng)外圍設(shè)備控制器．包括一個(gè)SD接口（SDI）。該SDI兼容SD1.0、MMC2.1l、SDIO1.0規(guī)范：支持l位/4位數(shù)據(jù)總線模式以及塊，流讀寫模式切換：SD時(shí)鐘最高達(dá)25MHz，MMC時(shí)鐘最高達(dá)10MHz。SDI內(nèi)部寄存器眾多．主要分為三大類：通用控制類寄存器，如：控制寄存器、波特率預(yù)分頻因子寄存器等：命令控制類寄存器，如：命令參數(shù)寄存器、命令控制寄存器、命令狀態(tài)寄存器、4個(gè)命令響應(yīng)寄存器；數(shù)據(jù)傳輸類寄存器，如：數(shù)據(jù)控制寄存器、數(shù)據(jù)狀態(tài)寄存器、FIFO狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器。主機(jī)通過(guò)這些寄存器完成卡命令的發(fā)送、接收卡回送的響應(yīng)以及與卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

2 S3C2410 與 SD/MMC卡的SD模式接口電路

2．1 SD總線通信模式下卡引腳定義

雖然SD/MMC卡有兩種通信模式．但在具體通信過(guò)程中主機(jī)只能選擇其中一種通信模式。不同模式下各引腳的功能不完全相同。表1為SD模式下的卡引腳定義。

表1 SD模式下卡的引腳定義

MMC卡除了接口中沒(méi)有第8和第9腳外，其余與SD卡接口相同。

2．2 SD通信模式下的SD/MMC卡接口電路

S3C2410與SD/MMC卡座的接口電路如圖1所示。接口電路原理圖說(shuō)明如下：

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圖1 SD/MMC卡SD模式接口電路原理圖

CD/DAT3（第1腳）通過(guò)10KΩ電阻上拉到3．3V，使SD/MMC卡上電后自動(dòng)進(jìn)入SD模式。本接口中該引腳用于卡上電后的模式選擇。

CLK（第5腳）為時(shí)鐘輸入信號(hào)，SDCMD（第2腳）為命令響應(yīng)線，DATO-DAT；涕7，8，9引腳加上CD/DAT3組成4位數(shù)據(jù)線。

CD（第10腳）為卡插入檢測(cè)信號(hào)。由于CD/DAT3引腳用于模式選擇，故在卡座中增加該引腳作為卡檢測(cè)信號(hào)。由于該引腳被上拉，當(dāng)卡未插入卡座內(nèi)時(shí)，從INT0/GPF0引腳讀到的是高電平；當(dāng)卡完全插入到卡座內(nèi)時(shí)，卡座內(nèi)部觸點(diǎn)接地，則從INT0/GPF0讀到的是低電平。通常通過(guò)檢測(cè)該引腳的電平值來(lái)判斷卡的動(dòng)態(tài)拔插動(dòng)作。

WP（第12腳）為卡座中增加的卡寫保護(hù)檢測(cè)信號(hào)．檢測(cè)原理與CD腳相同。應(yīng)當(dāng)注意，SD/MMC卡并不檢測(cè)該引腳，因此．卡寫保護(hù)控制必須由主機(jī)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)SDfMMC卡座接12時(shí)。WP不是必需的。

為保證輸入的穩(wěn)定性．除VCC、VSS1和VSS2、GND外的引腳均通過(guò)10Kfl上拉到3．3V。

3 S3C2410與SD/MMC的通信實(shí)現(xiàn)

在SD/MMC卡與主機(jī)的通信過(guò)程中．卡一直是從設(shè)備．由主機(jī)發(fā)送命令來(lái)控制它。當(dāng)S3C2410（下稱主機(jī)）以查詢方式獲取卡已插入卡座．或者當(dāng)卡插人卡座后通過(guò)CD引腳發(fā)送中斷給主機(jī)后．主機(jī)首先應(yīng)完成卡的初始化．之后才能對(duì)卡上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。

3．1 卡的初始化和識(shí)別

SD/MMC卡在上電后進(jìn)入空閑狀態(tài)（Idle State）。此時(shí)．主機(jī)需要按照一定的處理流程完成卡的初始化。該過(guò)程主要的工作就是卡的識(shí)別（Card Identification），包括識(shí)別卡的類型、讀取卡上的信息、為卡分配地址等。卡的初始化處理流程見(jiàn)圖2。

圖2 卡初始化處理流程

在卡識(shí)別過(guò)程中．首先發(fā)送CMD8命令判斷卡是否支持V2．00及以上協(xié)議。關(guān)鍵語(yǔ)句如下（語(yǔ)句中的SD_HC_SEND_IF_COND為CMD8命令描述的簡(jiǎn)寫，其余同）：

SdmmcSendCmd（SD_HC_SEND_IF_COND，0x1aa）；

if（（rSDIRSPO ＆ Ox1aa） == 0x1aa ） {/* V2.00及以上協(xié)議卡 */

。..。..

}

此處CMD8命令參數(shù)中bit［7］一［0］為0/1交替的0blOl01010即0xaa．是推薦使用的檢測(cè)模式；bit［1l］-［8］則用于檢測(cè)卡能否在主機(jī)提供的電壓下運(yùn)行，Ob0001表示2．7-3．6V電壓．其他取值目前不可用．若卡支持v2.00及以上協(xié)議．且能夠在指定的電壓下運(yùn)行．則返回0xlaa。

V2．00及以上協(xié)議的卡有兩種類型：標(biāo)準(zhǔn)SD卡和SDHC卡。由于本驅(qū)動(dòng)支持SDHC卡，在發(fā)送ACMD41命令時(shí)，將其參數(shù)中的HCS域（第30位）置為1。判斷語(yǔ)句如下：

SdmmcSendCmd（MMC_APP_CMD，SDmmcCardRca）；

SdmmcSendCmd（SD_APP_OP_COND，Ox40ff8000）；

if（rSD1RSPO==0xcOff8000）{

SdmmcCardType=HC_SD_CARD； /* SDHC CARD */

。..。..;

}

else if（rSDIRSP0 == Ox80ff8000）{

SdmmcCardType = SD_CARD；/*S D CARD */

}

由于ACMD41命令為擴(kuò)展命令．故需要在該命令前面發(fā)送MMC_APP_CMD（CMD55）命伽知卡后面緊跟的命令為擴(kuò)展命令。

若卡不響應(yīng)CMD8．則有可能是MMC卡或V2．00以下的SD卡。由于SD卡支持ACMD命令．而MMC卡不支持該命令。故當(dāng)卡能正確響應(yīng)時(shí)．則可判斷為SD卡。判斷語(yǔ)句如下：

SdmmcSendCmd（MMC_APP_CMD，SdmmcCardRca）；

SdmmcSendCmd（SD_APP_OP_COND，OxOOff8000）；

if（rSDIRSP0 == 0x80ff8000）{

SdmmcCardType = SD_CARD； /* SD卡 */

???：

}

在識(shí)別完卡的類型后．便可發(fā)送CMD2獲取卡標(biāo)識(shí)等后續(xù)共同的初始化過(guò)程．

3．2 卡的讀操作

在初始化和識(shí)別完成后并被選中后，SD/MMC卡進(jìn)入傳輸模式．此時(shí)主機(jī)可使用讀命令來(lái)讀取卡上數(shù)據(jù)。每次讀操作通常以塊（一般為512字節(jié)）為單位。MMC卡還可以按字節(jié)流的方式讀取。若一次讀取的數(shù)據(jù)在一塊以內(nèi)，可使用單塊讀命令：若超過(guò)一塊．則應(yīng)使用多塊讀命令．此時(shí)還應(yīng)在接收完預(yù)期數(shù)據(jù)后給卡發(fā)送停止傳輸命令（CMDl2）通知卡停止傳送數(shù)據(jù)。

讀命令的4字節(jié)參數(shù)為欲讀取數(shù)據(jù)的地址。MMC卡和SD卡的最大容量為4G，地址以字節(jié)為單位，通常與512對(duì)齊。SDHC卡的容量為2G-32G，字節(jié)地址不能尋址全部空間．此時(shí)以塊為單位。命令的參數(shù)為欲讀數(shù)據(jù)的起始?jí)K號(hào)。

3．3 卡的寫操作

寫卡操作也有單塊寫命令和多塊寫命令．操作流程與讀操作類似。SD/MMC卡接收完主機(jī)傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)之后進(jìn)入編程狀態(tài)?？▋?nèi)部為寫操作提供了一個(gè)緩存．該緩存使得卡在編程的同時(shí)可以接收下一塊數(shù)據(jù)。當(dāng)該緩存滿時(shí)．卡從DAT0線輸出低電平，表示正處于寫的忙狀態(tài)．否則從DAT0輸出高阻態(tài)。因此．在往卡發(fā)送數(shù)據(jù)前應(yīng)檢查卡是否處于忙狀態(tài)。另外，為了提高某些卡的寫速度．建議在多讀寫命令之前發(fā)送預(yù)擦除命令．預(yù)擦除的塊數(shù)在該命令的參數(shù)中給出。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文的創(chuàng)新點(diǎn)是以SD通信模式實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通用的、能同時(shí)支持MMC卡、SD卡和SDHC卡的SD/MMC卡驅(qū)動(dòng)。目前它已被集成到基于FAT文件格式的嵌人式文件系統(tǒng)中．并被成功應(yīng)用到MP3產(chǎn)品中。