接上文

基于Nios II 軟核處理器的SD卡接口設(shè)計(jì)（一）

2.1 SD卡初始化

在對(duì)SD 卡進(jìn)行讀/寫(xiě)之前，必須知道卡的類型、卡的容量、卡的大小等信息。具體來(lái)說(shuō)，初始化函數(shù)主要完成以下工作：

(1) 微處理器(這里指Nios II)復(fù)位SD卡，激活SD卡內(nèi)部控制電路進(jìn)行初始化處理，使SD卡進(jìn)入SPI 模式;

(2) 發(fā)送命令查詢SD卡是否支持3.3V供電;

(3) 調(diào)整SPI時(shí)鐘頻率;

(4) 根據(jù)編譯選項(xiàng)使能或者禁止通信過(guò)程中的CRC校驗(yàn);

(5) 設(shè)置用于讀/寫(xiě)操作的塊數(shù)據(jù)長(zhǎng)度;

(6) 最后是初始化全局變量sds.

SD卡初始化函數(shù)INTSU SD_Initialize(viod)就是用于完成以上任務(wù)的，它讀取SD卡內(nèi)部CSD寄存器，然后對(duì)全局變量sds進(jìn)行賦值。

2.2 SD卡讀寫(xiě)操作

對(duì)SD卡的讀寫(xiě)操作需要知道SD 卡的一些基本的屬性：插入卡座中SD卡的型號(hào);SD卡中全部塊的數(shù)量;SD卡的最大數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度;一次可擦除的塊數(shù)量;卡的讀取、寫(xiě)入、擦除操作的超時(shí)時(shí)間。

SD卡讀/寫(xiě)軟件包中定義了一個(gè)全局變量sds,軟件包的很多地方使用了這個(gè)全局變量。SD卡的寫(xiě)操作包括寫(xiě)單塊和寫(xiě)多塊兩種方式。SD卡的初始化函數(shù)SD_Initialixe()已經(jīng)調(diào)用SD_SetBlockLen()函數(shù)設(shè)定了讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為SD_BLOCKSIZE 字節(jié)，所以卡初始化以后，讀寫(xiě)都必須以塊為單位。

3 SD卡驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

Nios II軟件架構(gòu)是建立在HAL(Hardware Abstraction Layer)基礎(chǔ)之上的。HAL為Nios II的軟件開(kāi)發(fā)者提供了操作底層硬件的編程接口。設(shè)備驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序的編制一般要使用HAL提供的API函數(shù)以及C標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)等。HAL提供的功能以及它與底層設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之間的關(guān)系如圖3所示，這種模塊化的設(shè)計(jì)架構(gòu)可以加速應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。使用這種分層的體系架構(gòu)，HAL層把應(yīng)用程序和底層硬件驅(qū)動(dòng)程序之間隔離開(kāi)來(lái)，使得應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)不依賴于底層HAL和硬件的變化，增加了應(yīng)用程序的可移植性。設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)程序最重要的是理解具體SD卡的讀寫(xiě)操作的過(guò)程，之后是如何和嵌入式操作系統(tǒng)連接起來(lái)。在編制好SD卡的驅(qū)動(dòng)程序后，在應(yīng)用程序中操作SD卡就簡(jiǎn)單了。所以編制SD卡的驅(qū)動(dòng)在本設(shè)計(jì)中是重要的一部分。

圖3 基于HAL的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

結(jié)束語(yǔ)

本文基于Nios II實(shí)現(xiàn)了對(duì)于SD卡的控制，不僅包括硬件設(shè)計(jì)還包括系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于硬核處理器的架構(gòu)，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)受到了限制。SOPC的設(shè)計(jì)思想使得片上系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加靈活，硬件設(shè)計(jì)的限制因素基本不存在了。在一個(gè)FPGA的芯片上幾乎可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)的小型化的作用是顯著的。本文對(duì)基于NiosⅡ的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)完成了以Altera公司的Cyclone III系列中的EP3C16 FPGA為核心芯片的SOPC開(kāi)發(fā)平臺(tái)。另外本文在此平臺(tái)之上，移植了嵌入式操作系統(tǒng)，并在此環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了SD卡的接口設(shè)計(jì)，因此包括了整個(gè)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，分析了Nios II 的Avalon總線的系統(tǒng)架構(gòu)、SD 卡的通信協(xié)議。