[发明专利]一种SD卡硬件控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在Nios Ⅱ嵌入式系统下的SD卡硬件控制装置及控制方法，属SD卡控制技术领域。

背景技术

SD卡是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，具有大容量、高速度和低功耗等特点，被广泛应用于手机、数码相机等消费类电子设备和工业控制领域，目前越来越多的电子设备提供SD卡扩展接口。在嵌入式系统中，一般是通过软件控制MCU的IO口模拟SD卡的时序，实现SD卡的初始化和读写。此种方式速度较慢，无法满足大数据量传输的要求，严重影响了SD卡的使用效率，且占用太多的MCU资源，阻碍整个系统的性能提高。《电子技术应用》杂志2009年7月第7期38-41页《基于ARM7的SD卡读写控制在数据采集系统中的应用》一文即是采用这种方法实现SD卡的控制。

此外，在嵌入式系统环境下可以很容易地实现SD卡的基本读写操作，但这种情况下的SD卡很难与PC机等其他平台进行数据交换，因此有必要构建SD卡的文件系统。FAT16文件系统实现方便，管理性能好，很适合管理SD卡中的文件。

Nios Ⅱ嵌入式系统属于一种可编程的片上系统（SOPC），它可以在一个FPGA 芯片中实现Nios Ⅱ嵌入式处理器、Avalon系统总线、自定义IP核和各种硬件接口。由于FPGA可以重复编程，且可以构建各种硬件功能模块，因此，这种嵌入式系统开发周期短，功耗低，功能易于扩展，在各领域得到迅速推广。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述技术中的不足，在可配置的Nios Ⅱ嵌入式系统平台上，提供了一种SD卡硬件控制装置及控制方法，以有效提高SD卡的初始化和读写速度，实现对SD卡文件的有效管理，方便SD卡和各种平台的数据交换。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种SD卡硬件控制装置，包括Avalon主端口、Avalon从端口、寄存器组、CRC7校验模块、CRC16校验模块和状态机，其特征在于寄存器组包括状态移位寄存器、控制寄存器、中断使能寄存器、内存地址寄存器和数据移位寄存器，Avalon主端口和寄存器组中的数据移位寄存器相连接；Avalon从端口分别和寄存器组中的状态移位寄存器、控制寄存器、中断使能寄存器及内存地址寄存器相连接；CRC7校验模块分别和寄存器组中的状态移位寄存器和控制寄存器相连接；CRC16校验模块和寄存器组中的数据移位寄存器相连接；状态机分别和寄存器组、CRC7校验模块及CRC16校验模块相连接；Avalon主端口和外部的SDRAM控制器相连接；Avalon从端口和外部的Nios Ⅱ处理器相连接；SD卡硬件控制装置通过数据线、控制线和SD卡相连接。

上述的状态机是一个状态控制器，它是由Verilog语言编写，一般称为状态机，作为模块烧写到FPGA中，实现预期的功能。

本发明SD卡硬件控制装置由Verilog硬件描述语言设计，可以方便地挂接在Nios Ⅱ嵌入式系统的Avalon总线上，从而有效控制系统中的SD卡，实现SD卡的大数据量吞吐。该装置控制SD卡工作在SD模式，各部分的功能如下：

Avalon主端口：发起一次数据传输，实现SD卡与外设内存的数据交互。

Avalon从端口：实现Nios Ⅱ处理器对SD卡硬件控制装置的控制，接收来自处理器的控制信号。

寄存器组：该装置的驱动程序通过操作寄存器组与硬件通信，实现SD卡的初始化和读写操作。状态寄存器具有移位功能，可以寄存SD卡返回的状态信息，数据寄存器也具有移位功能，从而实现数据的发送和接收。

状态机，实现SD卡硬件控制装置内部的状态控制，使得该装置可以按顺序对SD卡上电复位，发送控制命令，接收响应以及读写SD卡。

CRC7校验模块，实现对SD卡控制命令的校验。

CRC16校验模块，实现对传输的SD卡数据块的校验。

在该装置内部，Avalon主端口与数据移位寄存器通过数据连接线进行双向的数据传输，Avalon从端口与其他寄存器相连，实现处理器与SD卡控制器的通信。最后，数据移位寄存器连接到CRC16校验模块，完成数据块的校验，控制寄存器连接到CRC7校验模块进行控制命令的校验。这些模块都在状态机的有效控制下，完成对SD卡的初始化，发送控制命令，接收应答响应和读写SD卡。状态机实现所有的SD卡命令索引、响应分析及对发送和接收数据通道的控制。该装置是基于Nios Ⅱ嵌入式系统设计的，因此它还需连接一些外部硬件，与其相连的外部硬件的功能如下：