[发明专利]基于FPGA的SD卡文件管理控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种对SD接口卡进行控制的装置，具体涉及一种基于FPGA的SD卡文件管理控制器。

背景技术

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体闪存工艺的存储卡，1999年，由日本松下、东芝及美国SanDisk公司共同研制完成。当前，人们对大数据量的高速存储需求越来越高。SD卡作为新一代数据存储设备，具有体积小、容量高、数据传输速率快、移动灵活性好以及安全性高等特点，很好地满足了市场的具体需求，被广泛用于便携式消费类电子设备和工业控制领域中。

SD卡中的数据是以块为单位进行存储的，但是为了更有效地组织和管理SD卡中的数据，必须采用文件的格式组织数据。目前，SD卡一般采用FAT32文件系统。

面对人们对大数据量的高速存储需求，目前市场上的SD卡接口控制装置存在着明显的缺陷：1.读写SD卡的速度慢。目前的SD卡接口控制器大多采用了SD卡的SPI模式或者1位的SD模式读写SD卡，而很少采用4位数据线的SD模式，即使采用了4位的SD模式，由于控制装置内的缓冲区小、很多处理模块非硬件实现等原因导致读写的速度不高。2.提供的操作接口复杂，使用不方便。目前的SD卡接口控制装置没有提供便捷的SD卡文件管理的功能，用户需要对SD卡底层的物理规范协议很熟悉才能通过控制装置完成对SD卡的操作。3.提供的接口不通用，移植性差。目前的SD卡接口控制装置提供给用户的接口很少采用标准的总线，大多是针对特定的应用而开发的，因而导致了移植困难，通用性差。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于FPGA的SD卡文件管理控制器。

本发明是通过下述技术方案实现的。

基于FPGA的SD卡文件管理控制器，包括FPGA芯片、串行配置芯片、SDRAM存储器、主控器接口、SD卡插座，其中在FPGA内部实现FAT32文件管理单元和SD卡接口单元；

FAT32文件管理单元为主控器提供主控器接口、操作文件系统的用户命令，主控器通过该接口在SD卡文件管理控制器的寄存器中写入用户命令即可完成对SD卡中FAT32文件系统的管理；

SD卡接口单元在FAT32文件管理单元的控制下，负责SD卡命令的产生和应答接收，以及SD卡中数据的读写；

在读写SD卡中的数据时，采用了4位数据线宽的SD模式；

所述的FAT32文件管理单元包括：NIOS II处理器、EPCS控制模块、SDRAM控制模块、主控器接口模块、Avalon总线、Avalon接口模块；

所述NIOS II处理器通过主控器接口模块获取主控器输入的用户命令与数据，并反馈信息给主控器；

所述NIOS II处理器通过Avalon接口模块与SD卡接口单元进行通信。

所述的FAT32文件管理单元上面移植了FATFS文件系统模块。

所述的SD卡接口单元包括：读写缓冲FIFO模块、 SD卡数据控制模块、SD卡命令控制模块和SD卡时钟控制模块；

所述读写缓冲FIFO模块负责缓存读写SD卡时的数据；

所述SD卡数据控制模块负责DAT线上数据的接收和发送以及数据的校验；

所述SD卡命令控制模块负责控制CMD线上命令发送和回复接收；

所述SD卡时钟控制模块负责控制CLK时钟线的频率，以控制读写SD卡的数据速率。

所述的SD卡接口单元由FPGA内部逻辑资源组成，用硬件电路的方式来实现数据高速接收与发送。

所述的主控器接口为8位地址线、8位数据线、读使能、写使能、中断信号、时钟信号、复位信号和片选信号。

所述操作文件系统的用户命令包括新建、打开、读写、关闭文件，新建、打开、关闭目录，磁盘容量查询、空闲扇区查询、以扇区或字节为单位对文件进行读写。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明提供8位地址线ADDR0~ADDR7、8位数据线DATA0~DATA7、读使能RD、写使能WR、中断信号INT、时钟信号CLK、复位信号RESERT和片选信号CS的主控器接口，主控器通过此接口往SD卡文件管理控制器的寄存器中写入特定的用户命令来完成对SD卡中FAT32文件系统的管理。主控器可以很容易和本发明进行连接，操作本发明就像访问同步SRAM存储器一样。解决了传统SD卡接口控制器装置接口不通用，移植性差的缺陷；