嵌入式课程设计开放性实验建设_嵌入式SD卡接口系统设计实验
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×2. 1 mm 的体积内结合了 SanD isk快闪记忆卡控制 与 MLC (M ultilevel Cell)技术和 Toshiba (东芝 ) 0. 16 u 及 0. 13 u的 NAND 技术 ,通过 9针的接口界面与专门 的驱动器相连接 ,不需要额外的电源来保持其上记忆 的信息 。而且它是一体化固体介质 ,没有任何移动部 分 ,所以不用担心机械运动的损坏 。SD 卡最大的特点 就是通过加密功能 ,保证数据资料的安全保密 。 SD 卡 在外形上同 M ultiM edia Card 卡保持一致 , 并且兼容 MMC卡接口规范 。 SD 卡多用于 M P3随身听 、数码摄 象机 、数码相机等 ,其投影面积与 MMC 卡相同 ,只是 略微厚一点 ,为 2. 1mm ,但是 SD 卡的容量大得多 ,且 读写速度也 MMC 卡快 4 倍 。同时 , SD 卡的接口与 MMC卡是兼容的 ,支持 SD 卡的接口大多支持 MMC 卡 。目前 SD 卡在数码相机中正在迅速普及 ,大有成 为主流之势 。
图 2 SD 卡的认证过程
图 3 SD卡的数据传送过程
7 结 语
第 26卷 第 12期 2007年 12月
实验室研究与探索
RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY
Vol. 26 No. 12 Dec. 2007
嵌入式课程设计开放性实验建设 ———嵌入式 SD卡接口系统设计实验
常 薇 , 孙 颖 , 孙爱东
(华南农业大学 信息学院 ,广东 广州 510642)
Se tting2up Opening Expe rim ent of“Em bedded Curriculum ” ———Expe rim ent of“De sign of Inte rface System O n Em bedded SD ”
CHAN G W ei, SUN y ing, SUN a i2dong (College of Information, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)
Abstract: The key of“em bedded curriculum ”is to enhance student’s innovation ability and to achieve comp rehensive study from the computer hardware series curriculum know ledge. It’s important to design kinds of experiment of p ractical app lication. Now, along w ith computer hardware developm ent and data quantity increase, more and more is also high to the storage device request. Flash M emory card to becom e the first choice memory m edium on the mobile equipm ent by its characteristic. The SD card by its superior performance obtain the more and more w idesp read app lication in em bedded equipment. This experiment of“interface system on em bedded SD card”use to mobile equipment. Through these p rocedures, students w ill have p rofound understanding about the experim ent p rincip le , and advancing their experiment capability. Key words: embedded; SD card; flash memory card; interface system CLC num ber: TP338 D ocum en t code: A Article ID : 1006 - 7167 (2007) 12 - 0218 - 03
2 SD 卡概述
SD 卡 ( Secure D igital M emory Card)是一种基于半 导体快闪记忆器的新一代记忆设备 。 SD 卡由日本松 下 、东芝及美国 SanD isk公司于 1999年 8月共同开发 研制 。大小犹如一张邮票的 SD 记忆卡 ,重量只有 2 克 ,但却拥有高记忆容量 、快速数据传输率 、极大的移 动灵活性以及很好的安全性 。 SD 卡在 24 mm ×32 mm
3 SD 卡基本结构
3. 1 SD 卡接口及寄存器 SD 接口除了保留 MMC的 7针外 ,还在两边加多 了 2针 ,作为数据线 。 SD 卡的对外接口引脚有 9 条 , 如表 1所示 。 SD 卡有六个内部寄存器 。分别为用于 存放 SD 卡标志号的 128位 C ID 寄存器 ;用于存放 SD 卡逻辑地址的 16位 RCA 寄存器 ;用于配置 SD 卡输出 驱动的 16位 DSR寄存器 ;用于配置 SD 卡操作状态的 128位 CSD 寄存器 ; 64位 SD 卡配置寄存器 SCR 和 32 位 SD 卡操作电压寄存器 OCR。 3. 2 SD 卡与主机的总线结构 主机将 CLK时钟信号传到 SD 卡 , DAT02DAT3是 主机与 SD 卡之间的四路双向数据传送信号 。具体的 总线结构如图 1所示 。主机发出 CLK时钟信号到 SD 卡 ,发出传送数据命令 , SD 卡收到命令后 ,作出回应 , 等待主机应答后传送数据信息 。 Command 发起每个 操作 ,通过 CMD 线串行传输 。
4来自百度文库SD 卡的命令
SD 卡操作的命令主要有 :广播命令 、有回复的广
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
表 1 SD 卡的对外接口引脚
名字
类型
描述
CD /DAT3
I/O / PP
SD 卡检测 ,数据线 3
CMD
PP
命令和回答
V SS 1 VDD CL K V SS 2 DA T0
S S I S I/O / PP
5 SD 卡的认证过程
SD 卡的工作状态分为两种模式 ,认证模式和传输 模式 。 SD 卡在认证模式中共有四种状态 :空闲状态 , 非活动状态 ,准备好状态 ,认证状态 。接通电源后 , SD 卡处于“空闲状态 ”,发出 ACMD41命令后 ,变为“准备 好状态 ”,发出 CMD2命令后 , SD 卡变为“认证状态 ”, 当发出 CMD3 命令同时返回一个新的 RCA 后 , SD 卡 从认证模式转变为数据传送模式 ,状态变迁为“旁观 状态 ”。若 SD 卡正忙或超出电压范围 ,则 SD 卡退回 “空闲态 ”;若 SD 卡的电压与主机 SD IO 接口的电压不 兼容 ,则发出 ACMD 命令 , SD 卡变为“非活动状态 ”。 当 SD 卡从数据传送模式中的所有状态发出 CMD15 命令后 ,则变迁为“非活动状态 ”。当 SD 卡本身仍处
摘 要 :嵌入式课程设计关键是从提高学生的创新能力出发 ,将计算机硬件的系列课程知识融会贯通 。 因此设计各种可实际应用的实验非常重要 。目前 ,随着计算机硬件的发展及数据量的增加 ,对存储设备 的要求也越来越高 。闪存卡以其特性成为移动设备上的首选存储媒介 。而 SD 卡更以其优越的性能 ,在 嵌入式设备上得到了越来越广泛的应用 。本实验设计的嵌入式 SD 卡接口系统可用于移动存储设备 。 通过设计该实验 ,有助于实验者深刻理解实验原理 ,提高动手能力 。 关键词 :嵌入式 ; SD 卡 ;闪存卡 ;接口系统 中图分类号 : TP338 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 7167 (2007) 12 - 0218 - 03
由于目前移动数码设备非常普遍 ,特别是手机 、数
第 12期
常 薇 ,等 :嵌入式课程设计开放性实验建设 ———嵌入式 SD 卡接口系统设计实验 219
码相机等 ,使得人们对移动产品的功能需求越来越多 , 而存储能力要求越来越高 。因此设计嵌入式 SD 卡接 口系统可以很好地完善数码产品的各种兼容功能 。
1 引 言
微型计算机的发展十分迅速 ,无论是工作速度 ,还 是存储容量 ,都有成千倍的提高 ,但价格却又急剧下 降 。在信息社会 ,微型计算机成为人们不可缺少的工 具 。“嵌入式课程设计 ”是高等院校电子和信息专业 一门非常重要的实验课程 。此课程是计算机硬件系列
收稿日期 : 2007 - 09 - 15 作者简介 :常 薇 ( 1979 - ) ,女 ,实验师 ,硕士 。主要研究方向 : 计 算原理与接口嵌入式系统应用 。
220
实 验 室 研 究 与 探 索
第 26卷
于认证模式中的除了“非活动状态 ”之外的所有状态 时 ,发出 CMD0命令则转变成“空闲状态 ”。具体的认 证过程如图 2所示 。
6 SD 卡的数据传送过程
当 SD 卡处于数据传送模式时 , 发出 CMD15 或 CMD0命令就转变成认证模式 ;当 SD 卡处于认证模式 中时 ,发出 CMD3 命令转变成数据传送模式中的“旁 观状态 ”。“旁观状态 ”发出 CMD7 命令变为“传送状 态 ”, “传 送 状 态 ”发 出 CMD17, CMD18, CMD30, CMD56, ACMD51 后 ,开始发送数据 。“发送数据态 ” 发出 CMD12或传送完成后 ,则转变为“传送态 ”。“传 送 状 态 ”发 出 CMD24, CMD25, MD26, CMD27, CMD42, CMD56 后 , 开始接 受 数 据 , 变 为“接 受 数 据 态 ”。“接受数据态 ”发出 CMD12 或传送完成 , 转为 “编程 状 态 ”。则 操 作 完 成 。当“编 程 状 态 ”发 出 CMD7后 ,则变为“断开连接状态 ”, 直至 操作 完成 。 “断开连接状态 ”和“编程状态 ”通过 CMD7互相转换 。 具体过程如图 3所示 。
课程中的设计课程 ,在数字电路 、计算机组成原理 、微 机原理与接口技术及单片机原理等课程学习之后 ,在 高年级学生中开设“嵌入式课程设计 ”是要求将前面 所学的知识进行融会贯通 ,综合运用 。开设开放性实 验建设的目的也正在于此 。
目前嵌入式课程实验室使用“S3C2410EDU ”革新 科技的基于“ARM92410”的实验箱 。实验系统不仅可 以完成一些经典的嵌入式基础实验 ,而且具有很强的 开发能力和灵活性 ,可以让学生动手设计实验 ,发挥创 造能力 。
电压地 1 电源 时钟
电压地 2 数据线 0
DA T1
I/O / PP
数据线 1
DA T2
I/O / PP
数据线 2
图 1 SD卡与主机的总线结构
播命令 、可寻址的无数据传送命令 、可寻址的数据传送 命令等 。 SD 总线上以位流的方式传送命令和数据 ,分 别以 0和 1表示起始和停止 。 SD 卡标准定义了两种 命令 : ACMD (App lication specific comm and ) 和 GEN 2 CMD ( General command ) , 后 者 可 直 接 发 送 , 所 有 的 ACMD 命 令 在 发 送 前 必 须 先 发 送 CMD55 命 令 , Response是卡对命令的响应 ,包括 R1、R1b、R2、R3 四 种类型 ,通过 CMD 线传输 。Data block通过 DAT数据 线传输 ,在写操作过程中 ,由 DAT0线传输 busy信号 。
图 2 SD 卡的认证过程
图 3 SD卡的数据传送过程
7 结 语
第 26卷 第 12期 2007年 12月
实验室研究与探索
RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY
Vol. 26 No. 12 Dec. 2007
嵌入式课程设计开放性实验建设 ———嵌入式 SD卡接口系统设计实验
常 薇 , 孙 颖 , 孙爱东
(华南农业大学 信息学院 ,广东 广州 510642)
Se tting2up Opening Expe rim ent of“Em bedded Curriculum ” ———Expe rim ent of“De sign of Inte rface System O n Em bedded SD ”
CHAN G W ei, SUN y ing, SUN a i2dong (College of Information, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)
Abstract: The key of“em bedded curriculum ”is to enhance student’s innovation ability and to achieve comp rehensive study from the computer hardware series curriculum know ledge. It’s important to design kinds of experiment of p ractical app lication. Now, along w ith computer hardware developm ent and data quantity increase, more and more is also high to the storage device request. Flash M emory card to becom e the first choice memory m edium on the mobile equipm ent by its characteristic. The SD card by its superior performance obtain the more and more w idesp read app lication in em bedded equipment. This experiment of“interface system on em bedded SD card”use to mobile equipment. Through these p rocedures, students w ill have p rofound understanding about the experim ent p rincip le , and advancing their experiment capability. Key words: embedded; SD card; flash memory card; interface system CLC num ber: TP338 D ocum en t code: A Article ID : 1006 - 7167 (2007) 12 - 0218 - 03
2 SD 卡概述
SD 卡 ( Secure D igital M emory Card)是一种基于半 导体快闪记忆器的新一代记忆设备 。 SD 卡由日本松 下 、东芝及美国 SanD isk公司于 1999年 8月共同开发 研制 。大小犹如一张邮票的 SD 记忆卡 ,重量只有 2 克 ,但却拥有高记忆容量 、快速数据传输率 、极大的移 动灵活性以及很好的安全性 。 SD 卡在 24 mm ×32 mm
3 SD 卡基本结构
3. 1 SD 卡接口及寄存器 SD 接口除了保留 MMC的 7针外 ,还在两边加多 了 2针 ,作为数据线 。 SD 卡的对外接口引脚有 9 条 , 如表 1所示 。 SD 卡有六个内部寄存器 。分别为用于 存放 SD 卡标志号的 128位 C ID 寄存器 ;用于存放 SD 卡逻辑地址的 16位 RCA 寄存器 ;用于配置 SD 卡输出 驱动的 16位 DSR寄存器 ;用于配置 SD 卡操作状态的 128位 CSD 寄存器 ; 64位 SD 卡配置寄存器 SCR 和 32 位 SD 卡操作电压寄存器 OCR。 3. 2 SD 卡与主机的总线结构 主机将 CLK时钟信号传到 SD 卡 , DAT02DAT3是 主机与 SD 卡之间的四路双向数据传送信号 。具体的 总线结构如图 1所示 。主机发出 CLK时钟信号到 SD 卡 ,发出传送数据命令 , SD 卡收到命令后 ,作出回应 , 等待主机应答后传送数据信息 。 Command 发起每个 操作 ,通过 CMD 线串行传输 。
4来自百度文库SD 卡的命令
SD 卡操作的命令主要有 :广播命令 、有回复的广
引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
表 1 SD 卡的对外接口引脚
名字
类型
描述
CD /DAT3
I/O / PP
SD 卡检测 ,数据线 3
CMD
PP
命令和回答
V SS 1 VDD CL K V SS 2 DA T0
S S I S I/O / PP
5 SD 卡的认证过程
SD 卡的工作状态分为两种模式 ,认证模式和传输 模式 。 SD 卡在认证模式中共有四种状态 :空闲状态 , 非活动状态 ,准备好状态 ,认证状态 。接通电源后 , SD 卡处于“空闲状态 ”,发出 ACMD41命令后 ,变为“准备 好状态 ”,发出 CMD2命令后 , SD 卡变为“认证状态 ”, 当发出 CMD3 命令同时返回一个新的 RCA 后 , SD 卡 从认证模式转变为数据传送模式 ,状态变迁为“旁观 状态 ”。若 SD 卡正忙或超出电压范围 ,则 SD 卡退回 “空闲态 ”;若 SD 卡的电压与主机 SD IO 接口的电压不 兼容 ,则发出 ACMD 命令 , SD 卡变为“非活动状态 ”。 当 SD 卡从数据传送模式中的所有状态发出 CMD15 命令后 ,则变迁为“非活动状态 ”。当 SD 卡本身仍处
摘 要 :嵌入式课程设计关键是从提高学生的创新能力出发 ,将计算机硬件的系列课程知识融会贯通 。 因此设计各种可实际应用的实验非常重要 。目前 ,随着计算机硬件的发展及数据量的增加 ,对存储设备 的要求也越来越高 。闪存卡以其特性成为移动设备上的首选存储媒介 。而 SD 卡更以其优越的性能 ,在 嵌入式设备上得到了越来越广泛的应用 。本实验设计的嵌入式 SD 卡接口系统可用于移动存储设备 。 通过设计该实验 ,有助于实验者深刻理解实验原理 ,提高动手能力 。 关键词 :嵌入式 ; SD 卡 ;闪存卡 ;接口系统 中图分类号 : TP338 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 7167 (2007) 12 - 0218 - 03
由于目前移动数码设备非常普遍 ,特别是手机 、数
第 12期
常 薇 ,等 :嵌入式课程设计开放性实验建设 ———嵌入式 SD 卡接口系统设计实验 219
码相机等 ,使得人们对移动产品的功能需求越来越多 , 而存储能力要求越来越高 。因此设计嵌入式 SD 卡接 口系统可以很好地完善数码产品的各种兼容功能 。
1 引 言
微型计算机的发展十分迅速 ,无论是工作速度 ,还 是存储容量 ,都有成千倍的提高 ,但价格却又急剧下 降 。在信息社会 ,微型计算机成为人们不可缺少的工 具 。“嵌入式课程设计 ”是高等院校电子和信息专业 一门非常重要的实验课程 。此课程是计算机硬件系列
收稿日期 : 2007 - 09 - 15 作者简介 :常 薇 ( 1979 - ) ,女 ,实验师 ,硕士 。主要研究方向 : 计 算原理与接口嵌入式系统应用 。
220
实 验 室 研 究 与 探 索
第 26卷
于认证模式中的除了“非活动状态 ”之外的所有状态 时 ,发出 CMD0命令则转变成“空闲状态 ”。具体的认 证过程如图 2所示 。
6 SD 卡的数据传送过程
当 SD 卡处于数据传送模式时 , 发出 CMD15 或 CMD0命令就转变成认证模式 ;当 SD 卡处于认证模式 中时 ,发出 CMD3 命令转变成数据传送模式中的“旁 观状态 ”。“旁观状态 ”发出 CMD7 命令变为“传送状 态 ”, “传 送 状 态 ”发 出 CMD17, CMD18, CMD30, CMD56, ACMD51 后 ,开始发送数据 。“发送数据态 ” 发出 CMD12或传送完成后 ,则转变为“传送态 ”。“传 送 状 态 ”发 出 CMD24, CMD25, MD26, CMD27, CMD42, CMD56 后 , 开始接 受 数 据 , 变 为“接 受 数 据 态 ”。“接受数据态 ”发出 CMD12 或传送完成 , 转为 “编程 状 态 ”。则 操 作 完 成 。当“编 程 状 态 ”发 出 CMD7后 ,则变为“断开连接状态 ”, 直至 操作 完成 。 “断开连接状态 ”和“编程状态 ”通过 CMD7互相转换 。 具体过程如图 3所示 。
课程中的设计课程 ,在数字电路 、计算机组成原理 、微 机原理与接口技术及单片机原理等课程学习之后 ,在 高年级学生中开设“嵌入式课程设计 ”是要求将前面 所学的知识进行融会贯通 ,综合运用 。开设开放性实 验建设的目的也正在于此 。
目前嵌入式课程实验室使用“S3C2410EDU ”革新 科技的基于“ARM92410”的实验箱 。实验系统不仅可 以完成一些经典的嵌入式基础实验 ,而且具有很强的 开发能力和灵活性 ,可以让学生动手设计实验 ,发挥创 造能力 。
电压地 1 电源 时钟
电压地 2 数据线 0
DA T1
I/O / PP
数据线 1
DA T2
I/O / PP
数据线 2
图 1 SD卡与主机的总线结构
播命令 、可寻址的无数据传送命令 、可寻址的数据传送 命令等 。 SD 总线上以位流的方式传送命令和数据 ,分 别以 0和 1表示起始和停止 。 SD 卡标准定义了两种 命令 : ACMD (App lication specific comm and ) 和 GEN 2 CMD ( General command ) , 后 者 可 直 接 发 送 , 所 有 的 ACMD 命 令 在 发 送 前 必 须 先 发 送 CMD55 命 令 , Response是卡对命令的响应 ,包括 R1、R1b、R2、R3 四 种类型 ,通过 CMD 线传输 。Data block通过 DAT数据 线传输 ,在写操作过程中 ,由 DAT0线传输 busy信号 。