基于S3C2410控制器实现SD/MMC卡驱动的设计

MMC、SD卡和SDHC卡都是基于Flash技术的新一代存储器，具有体积小、容量大、数据传输快、移动灵活等优点，是许多便携式电子仪器理想的外部存储介质．在数码相机、MP3、手机与大容量存储设备中被广泛使用。MMC卡是基于NAND快闪记忆技术开发的存储卡：SD卡是在MMC卡的基础上开发研制的一款具有大容量、高性能、安全性好等特点的多功能存储卡．存储容量可达4G：SDHC是高容量SD存储卡．SD2．0系统规范中规定SDHC卡的容量范围为大于2GB小于等于32GB．速度可达25MB/秒。近年来．虽然MMC卡技术已逐渐被SD卡所代替．但SD卡接口向下兼容MMC卡．因此MMC卡仍在很多应用场合使用。SD/MMC卡有SD和SPI两种通信模式。前者可获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。为了能获得更快的卡访问速度．并且在同一个接口中支持对MMC、SD和SDHC三类卡的访问，笔者基于S3C2410控制器设计并实现了一个采用SD通信模式的通用的SD/MMC卡驱动。下面具体描述该驱动的实现过程。
　　1 S3C2410片内SD接口
　　S3C2410是三星公司的16/32位RISC控制器，它内部具有丰富的系统外围设备控制器．包括一个SD接口（SDI）。该SDI兼容SD1.0、MMC2.1l、SDIO1.0规范：支持l位/4位数据总线模式以及块，流读写模式切换：SD时钟达25MHz，MMC时钟达10MHz。SDI内部寄存器众多．主要分为三大类：通用控制类寄存器，如：控制寄存器、波特率预分频因子寄存器等：命令控制类寄存器，如：命令参数寄存器、命令控制寄存器、命令状态寄存器、4个命令响应寄存器；数据传输类寄存器，如：数据控制寄存器、数据状态寄存器、FIFO状态寄存器、数据寄存器。主机通过这些寄存器完成卡命令的发送、接收卡回送的响应以及与卡进行数据交换。
　　2 S3C2410 与 SD/MMC卡的SD模式接口电路
　　2．1 SD总线通信模式下卡引脚定义
　　虽然SD/MMC卡有两种通信模式．但在具体通信过程中主机只能选择其中一种通信模式。不同模式下各引脚的功能不完全相同。表1为SD模式下的卡引脚定义。
　　表1 SD模式下卡的引脚定义
　　

　　MMC卡除了接口中没有第8和第9脚外，其余与SD卡接口相同。
　　2．2 SD通信模式下的SD/MMC卡接口电路
　　S3C2410与SD/MMC卡座的接口电路如图1所示。接口电路原理图说明如下：

　

　　图1 SD/MMC卡SD模式接口电路原理图
　　CD/DAT3（第1脚）通过10KΩ电阻上拉到3．3V，使SD/MMC卡上电后自动进入SD模式。本接口中该引脚用于卡上电后的模式选择。
　　CLK（第5脚）为时钟输入信号，SDCMD（第2脚）为命令响应线，DATO-DAT；涕7，8，9引脚加上CD/DAT3组成4位数据线。
　　CD（第10脚）为卡插入检测信号。由于CD/DAT3引脚用于模式选择，故在卡座中增加该引脚作为卡检测信号。由于该引脚被上拉，当卡未插入卡座内时，从INT0/GPF0引脚读到的是高电平；当卡完全插入到卡座内时，卡座内部触点接地，则从INT0/GPF0读到的是低电平。通常通过检测该引脚的电平值来判断卡的动态拔插动作。
　　WP（第12脚）为卡座中增加的卡写保护检测信号．检测原理与CD脚相同。应当注意，SD/MMC卡并不检测该引脚，因此．卡写保护控制必须由主机实现。在设计SDfMMC卡座接12时。WP不是必需的。
　　为保证输入的稳定性．除VCC、VSS1和VSS2、GND外的引脚均通过10Kfl上拉到3．3V。
　　3 S3C2410与SD/MMC的通信实现
　　在SD/MMC卡与主机的通信过程中．卡一直是从设备．由主机发送命令来控制它。当S3C2410（下称主机）以查询方式获取卡已插入卡座．或者当卡插人卡座后通过CD引脚发送中断给主机后．主机首先应完成卡的初始化．之后才能对卡上的数据进行读写。
　　3．1 卡的初始化和识别
　　SD/MMC卡在上电后进入空闲状态（Idle State）。此时．主机需要按照一定的处理流程完成卡的初始化。该过程主要的工作就是卡的识别（Card IdentificaTIon），包括识别卡的类型、读取卡上的信息、为卡分配地址等。卡的初始化处理流程见图2。
　　图2 卡初始化处理流程
　　在卡识别过程中．首先发送CMD8命令判断卡是否支持V2．00及以上协议。关键语句如下（语句中的SD_HC_SEND_IF_COND为CMD8命令描述的简写，其余同）：
　　SdmmcSendCmd（SD_HC_SEND_IF_COND，0x1aa）；
　　if（（rSDIRSPO ＆ Ox1aa） == 0x1aa ） {/* V2.00及以上协议卡 */
　　。..。..
　　}
　　此处CMD8命令参数中bit［7］一［0］为0/1交替的0blOl01010即0xaa．是推荐使用的检测模式；bit［1l］-［8］则用于检测卡能否在主机提供的电压下运行，Ob0001表示2．7-3．6V电压．其他取值目前不可用．若卡支持v2.00及以上协议．且能够在指定的电压下运行．则返回0xlaa。
　　V2．00及以上协议的卡有两种类型：标准SD卡和SDHC卡。由于本驱动支持SDHC卡，在发送ACMD41命令时，将其参数中的HCS域（第30位）置为1。判断语句如下：
　　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命令为扩展命令．故需要在该命令前面发送MMC_APP_CMD（CMD55）命伽知卡后面紧跟的命令为扩展命令。
　　若卡不响应CMD8．则有可能是MMC卡或V2．00以下的SD卡。由于SD卡支持ACMD命令．而MMC卡不支持该命令。故当卡能正确响应时．则可判断为SD卡。判断语句如下：
　　SdmmcSendCmd（MMC_APP_CMD，SdmmcCardRca）；
　　SdmmcSendCmd（SD_APP_OP_COND，OxOOff8000）；
　　if（rSDIRSP0 == 0x80ff8000）{
　　SdmmcCardType = SD_CARD； /* SD卡 */
　　???：
　　}
　　在识别完卡的类型后．便可发送CMD2获取卡标识等后续共同的初始化过程．
　　3．2 卡的读操作
　　在初始化和识别完成后并被选中后，SD/MMC卡进入传输模式．此时主机可使用读命令来读取卡上数据。每次读操作通常以块（一般为512字节）为单位。MMC卡还可以按字节流的方式读取。若读取的数据在一块以内，可使用单块读命令：若超过一块．则应使用多块读命令．此时还应在接收完预期数据后给卡发送停止传输命令（CMDl2）通知卡停止传送数据。
　　读命令的4字节参数为欲读取数据的地址。MMC卡和SD卡的容量为4G，地址以字节为单位，通常与512对齐。SDHC卡的容量为2G-32G，字节地址不能寻址全部空间．此时以块为单位。命令的参数为欲读数据的起始块号。
　　3．3 卡的写操作
　　写卡操作也有单块写命令和多块写命令．操作流程与读操作类似。SD/MMC卡接收完主机传送过来的数据之后进入编程状态。卡内部为写操作提供了一个缓存．该缓存使得卡在编程的同时可以接收下一块数据。当该缓存满时．卡从DAT0线输出低电平，表示正处于写的忙状态．否则从DAT0输出高阻态。因此．在往卡发送数据前应检查卡是否处于忙状态。另外，为了提高某些卡的写速度．建议在多读写命令之前发送预擦除命令．预擦除的块数在该命令的参数中给出。
　　4 结束语
　　本文的创新点是以SD通信模式实现了一个通用的、能同时支持MMC卡、SD卡和SDHC卡的SD/MMC卡驱动。目前它已被集成到基于FAT文件格式的嵌人式文件系统中．并被成功应用到MP3产品中。