基于嵌入式ARM的SD卡的讀寫

1、桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 1 頁(yè) 共 2 頁(yè)摘要sd 卡（secure digital memory card）中文翻譯為安全數(shù)碼卡，是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理(pda)和多媒體播放器等。本實(shí)訓(xùn)的作品是利用基于arm cotex-m3內(nèi)核的嵌入式處理器 stm32 自帶的 sdio 硬件接口來(lái)驅(qū)動(dòng) sd 卡，并結(jié)合文件系統(tǒng) fatfs r0.07c來(lái)完成一個(gè)基于嵌入式arm 的sd 卡讀寫的作品，現(xiàn)實(shí)向sd卡寫入一個(gè) txt 文件，并讀取 sd 卡的文件目標(biāo)并通過串口打印到pc 機(jī)顯示。關(guān)鍵詞： 嵌入式；

2、arm ；stm32 ；sd卡；文件系統(tǒng)桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 2 頁(yè) 共 2 頁(yè)abstract sd card (secure digital memory card) chinese translation for secure digital card, it is a kind of based on semiconductor flash memory of a new generation of memory device, it is widely used in portable devices, such as digital cameras, person

3、al digital assistant (pda) and multimedia player, etc. this training work is based on arm cotex - m3 kernel embedded processor stm32 own sdio hardware interface to drive the sd card, and combined with the file system fatfs r0.07 c to complete a based on embedded arm of the sd card, speaking, reading

4、 and writing work, reality to sd card to a txt file, and read sd card file goals and through the serial port print to pc display. key words：embedded;arm;stm32; sd card; file system 桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 1 頁(yè) 共 1 頁(yè)目錄1 前言 . 11.1arm 應(yīng)用背景 . 11.2研究?jī)?nèi)容 . 21.3研究成果 . 32 stm32 處理器概述 . 32.1stm32 簡(jiǎn)介 . 32.1.1 stm32

5、f103vet6的參數(shù) . 42.2內(nèi)部資源 . 62.3cortex-m3 內(nèi)核簡(jiǎn)介 . 62.4stm32 sdio 簡(jiǎn)介 . 72.4.1 sdio簡(jiǎn)介 . 72.4.2 sdio 功能特性 . 83 sdio 的原理及實(shí)現(xiàn)方法 . 83.1原理 . 93.2sdio 適配器 . 103.3sdio 卡識(shí)別過程 . 113.4sdio 寫數(shù)據(jù)塊 . 123.5sdio 讀數(shù)據(jù)塊 . 134 fatfs 文件系統(tǒng) . 134.1fatfs 文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介. 134.2fatfs 文件系統(tǒng)移植. 144.2.1 移植前工作 . 144.2.2 開始移植 . 145 測(cè)試及結(jié)果. 155.1 j

6、tag 仿真器介紹 . 165.2現(xiàn)象及結(jié)果 . 166 結(jié)論 . 18致謝 . 19參考文獻(xiàn) . 20桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 1 頁(yè) 共 24 頁(yè)arm 處理器adc i/o鍵盤ra傳感器lcd ep主機(jī)1 前言1.1 arm 應(yīng)用背景如今，學(xué)習(xí)一種處理器的就有許多arm 內(nèi)核的處理器可供使用，現(xiàn)在社會(huì)已步入嵌入式學(xué)習(xí)階段。在嵌入式領(lǐng)域，8 位處理器已經(jīng)不再勝任一些復(fù)雜的應(yīng)用，比如 gui，tcp/ip，filesystem 等，而 arm 芯片憑借強(qiáng)大的處理能力和極低的功耗， 非常適合這些場(chǎng)合。 現(xiàn)在越來(lái)越多的產(chǎn)品在選型的時(shí)候考慮到使用 arm 處理器， arm 的應(yīng)用是相

7、當(dāng)?shù)膹V泛。arm 的嵌入式控制應(yīng)用如： 汽車、電子設(shè)備、 保安設(shè)備、 大容量存儲(chǔ)器、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)等。一個(gè)典型的arm嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)的功能模塊如圖1-1 所示。輸入輸出圖 1-1 arm 嵌入式工業(yè)控制系統(tǒng)的功能模塊目前已有超過 85的無(wú)線通信設(shè)備采用了arm 技術(shù)，arm 以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。arm 在此方面的應(yīng)用如：手提式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、pda 等。隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用arm 技術(shù)的 adsl芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，arm 在語(yǔ)音及視頻處理上進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持。arm 技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒、游戲機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字式電

8、視機(jī)、 gps 、機(jī)頂盒中得到廣泛采用?，F(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用 arm 技術(shù)，手機(jī)中的 32 位 sim智能卡也采用了 arm 技術(shù)。如圖 1-2所示是基于 arm 技術(shù)的數(shù)碼相機(jī)的功能模塊9。桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 2 頁(yè) 共 24 頁(yè)圖 1-2 基于 arm 技術(shù)的數(shù)碼相機(jī)的功能模塊1.2 研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)旨在加深對(duì)arm 的學(xué)習(xí)，鞏固大學(xué)四年所學(xué)專業(yè)知識(shí)，提升動(dòng)手能力和思考問題解決問題的能力。 本設(shè)計(jì)選擇意法半導(dǎo)體的stm32f103 系列處理器，通過自制 stm32 開發(fā)板的過程， 和對(duì) stm32f103c8t6 芯片的研究學(xué)習(xí)， 掌握其各種外設(shè)功能。

9、stm32f103vet6具有一個(gè) sdio 接口。 sd/sdio/mmc主機(jī)接口可以支持 mmc 卡系統(tǒng)規(guī)范 4.2 版中的 3個(gè)不同的數(shù)據(jù)總線模式： 1位(默認(rèn)) 、 4位和8位。 在8位模式下，該接口可以使數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到48mhz ，該接口兼容 sd 存儲(chǔ)卡規(guī)范 2.0 版。sdio存儲(chǔ)卡規(guī)范 2.0 版支持兩種數(shù)據(jù)總線模式：1位(默認(rèn))和4位。目前的芯片版本只能一次支持一個(gè)sd/sdio/mmc 4.2 版的卡，但可以同時(shí)支持多個(gè) mmc 4.1 版或之前版本的卡。除了sd/sdio/mmc，這個(gè)接口完全與ce-ata數(shù)字協(xié)議版本 1.1 兼容。本實(shí)訓(xùn)的作品是利用基于arm cot

10、ex-m3內(nèi)核的嵌入式處理器stm32 自帶的sdio硬件接口來(lái)驅(qū)動(dòng)sd卡，并結(jié)合文件系統(tǒng) fatfs r0.07c來(lái)完成一個(gè)基于嵌入式 arm 的 sd卡讀寫的作品，現(xiàn)實(shí)向sd卡寫入一個(gè) txt文件，并讀取 sd卡的文件目標(biāo)并通過串口打印到pc機(jī)顯示。本文第一章講述了該論文寫作背景，主要闡述了 arm 應(yīng)用范疇，以及該論文研究的內(nèi)容；第二章講述了該研究課題使用的核心芯片stm32f103vet6 的各項(xiàng)參arm 處理器lcd 控制器主機(jī)接口ccd adc 控 制 電路和編碼電存桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 3 頁(yè) 共 24 頁(yè)數(shù)；第三章著重介紹了sdio的原理及實(shí)現(xiàn)方法；第四章著重

11、介紹了fat文件系統(tǒng)的原理；第五章介紹了測(cè)試方法和結(jié)果。1.3 研究成果給硬件系統(tǒng)供電 (5v) ，插上 jlink，插上串口線 ( 兩頭都是母的交叉線 ) ，插上 microsd 卡，打開超級(jí)終端，配置超級(jí)終端為115200 8-n-1 ，將編譯好的程序下載到硬件平臺(tái)，即可看到超級(jí)終端打印出如下信息：圖 1-3 顯示結(jié)果圖2 stm32 處理器概述2.1 stm32 簡(jiǎn)介 stm32f103xx 增強(qiáng)型系列使用高性能的arm/cortex-m3/32 位的 risc內(nèi)核，工作頻率為 72mhz ， 內(nèi)置高速存儲(chǔ)器 ( 高達(dá) 128k字節(jié)的閃存和 20k字節(jié)的 sram) ，豐富的增強(qiáng) i/o

12、 端口和聯(lián)接到兩條apb總線的外設(shè)。所有型號(hào)的器件都包含2個(gè) 12 位的 adc 、3 個(gè)通用 16 位定時(shí)器和一個(gè)pwm 定時(shí)器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：多達(dá) 2 個(gè) i2c 和 spi、3 個(gè) usart 、一個(gè) usb 和一個(gè) can 。 stm32f103xx 增強(qiáng)型系列工作于-40 至+105 的溫度范圍，供電電壓2.0v 至 3.6v，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。完整的 stm32f103xx 增強(qiáng)型系列產(chǎn)品包括從36腳至 100腳的五種不同封裝桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 4 頁(yè) 共 24 頁(yè)形式；根據(jù)不同的封裝形式， 器件中的外設(shè)配置不盡相同。下面給出了

13、該系列產(chǎn)品中所有外設(shè)的基本介紹。這些豐富的外設(shè)配置，使得stm32f103xx 增強(qiáng)型微控制器適合于多種應(yīng)用場(chǎng)合：電機(jī)驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用控制；醫(yī)療和手持設(shè)備；pc外設(shè)和 gps 平臺(tái)；工業(yè)應(yīng)用：可編程控制器、變頻器、打印機(jī)和掃描儀；警報(bào)系統(tǒng)，視頻對(duì)講，和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；2.1.1 stm32f103vet6 的參數(shù)stm32f103vet6 芯片的參數(shù)如表2-1 桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 5 頁(yè) 共 24 頁(yè)表 2-1 器件功能和配置(stm32f103xx 增強(qiáng)型 ) 芯片引腳圖如圖 2-2：圖 2-2 stm32f103xx 增強(qiáng)型 lqpfp100 管腳圖桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論

14、文）報(bào)告用紙第 6 頁(yè) 共 24 頁(yè)2.2 內(nèi)部資源stm32 有豐富的內(nèi)部資源，如下所示：realview mdk（miertocontroller development kit）基于 arm 微控制器的專業(yè)嵌入式開發(fā)工具；內(nèi)置閃存存儲(chǔ)器；內(nèi)置 sram ；嵌套的向量式中斷控制器 (nvic)；外部中斷 / 事件控制器 (exti) ；時(shí)鐘和啟動(dòng)；自舉模式；dma ；rtc( 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 )和后備寄存器；窗口看門狗；i2c總線 ；通用同步 / 異步接受發(fā)送器 (usart) ；串行外設(shè)接口 (spi) ；控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò) (can) ；通用串行總線 (usb)；通用輸入輸出接口 (gpio)；

15、adc( 模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換器 ) ；溫度傳感器；串行線 jtag調(diào)試口 (swj-dp) 。2.3 cortex-m3內(nèi)核簡(jiǎn)介cortex-m3 內(nèi)核包含一個(gè)適用于傳統(tǒng)thumb 和新型 thumb-2指令的譯碼器、一個(gè)支持硬件乘法和硬件除法的先進(jìn)alu 、控制邏輯和用于連接處理器其他部件的接口。 cortex-m3 處理器是首款基于armv7-m架構(gòu)的arm處理器。中央cortex-m3 內(nèi)核使用 3 級(jí)流水線哈佛架構(gòu)，運(yùn)用分支預(yù)測(cè)、單周期乘法和硬件除桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 7 頁(yè) 共 24 頁(yè)法功能實(shí)現(xiàn)了出色的效率（1.25dmips/mhz ） 。cortex-m3 處理

16、器是一個(gè)32 位處理器，帶有 32 位寬的數(shù)據(jù)路徑、 寄存器庫(kù)和基于傳統(tǒng)arm7 處理器的系統(tǒng)只支持訪問對(duì)齊的數(shù)據(jù)，沿著對(duì)齊的字邊界即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和存儲(chǔ)。cortex-m3 處理器采用非對(duì)齊數(shù)據(jù)訪問方式，使非對(duì)齊數(shù)據(jù)可以在單核訪問中進(jìn)行傳輸。cortex-m3 處理器是專為那些對(duì)成本和功耗非常敏感但同時(shí)對(duì)性能要求又相當(dāng)高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 憑借縮小的內(nèi)核尺寸和出色的中斷延遲性能、集成的系統(tǒng)部件、靈活的配置、簡(jiǎn)單的高級(jí)編程和強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)，cortex-m3 處理器將成為從復(fù)雜的芯片系統(tǒng)到低端微控制器等各種系統(tǒng)的理想解決方案。表2-3 為cortex-m3 處理器與 arm7 作比較。表 2-

17、3 cortex-m3 與 arm7 相比較2.4 stm32 sdio 簡(jiǎn)介2.4.1 sdio簡(jiǎn)介stm32f103vet6 具有一個(gè) sdio 接口。 sd/sdio/mmc 主機(jī)接口可以支持mmc 卡系統(tǒng)規(guī)范 4.2 版中的 3 個(gè)不同的數(shù)據(jù)總線模式： 1 位(默認(rèn))、 4 位和 8 位。桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 8 頁(yè) 共 24 頁(yè)在 8 位模式下，該接口可以使數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到48mhz，該接口兼容 sd 存儲(chǔ)卡規(guī)范 2.0 版。sdio 存儲(chǔ)卡規(guī)范 2.0 版支持兩種數(shù)據(jù)總線模式： 1 位(默認(rèn))和 4 位。目前的芯片版本只能一次支持一個(gè)sd/sdio/mmc 4.2

18、 版的卡，但可以同時(shí)支持多個(gè) mmc 4.1 版或之前版本的卡。除了sd/sdio/mmc ，這個(gè)接口完全與ce-ata 數(shù)字協(xié)議版本 1.1 兼容。2.4.2 sdio功能特性（1）主要功能sd/sdio mmc 卡主機(jī)模塊 (sdio)在 ahb 外設(shè)總線和多媒體卡 (mmc) 、sd存儲(chǔ)卡、 sdio 卡和 ce-ata 設(shè)備間提供了操作接口。多媒體卡系統(tǒng)規(guī)格書由mmca 技術(shù)委員會(huì)發(fā)布，可以在多媒體卡協(xié)會(huì)的網(wǎng)站上()獲得。ce-ata 系統(tǒng)規(guī)格書可以在ce-ata 工作組的網(wǎng)站上 ()獲得。sdio 的主要功能如下： 與多媒體卡系統(tǒng)規(guī)

19、格書版本4.2 全兼容。支持三種不同的數(shù)據(jù)總線模式：1 位(默認(rèn))、4 位和 8 位。 與較早的多媒體卡系統(tǒng)規(guī)格版本全兼容(向前兼容 )。 與 sd 存儲(chǔ)卡規(guī)格版本 2.0 全兼容。 與 sd i/o 卡規(guī)格版本 2.0全兼容： 支持良種不同的數(shù)據(jù)總線模式： 1 位(默認(rèn))和 4 位。 完全支持 ce-ata 功能(與 ce-ata 數(shù)字協(xié)議版本 1.1 全兼容)。 8 位總線模式下數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)48mhz。 數(shù)據(jù)和命令輸出使能信號(hào)，用于控制外部雙向驅(qū)動(dòng)器。（2）sdio 總線拓?fù)淇偩€上的通信是通過傳送命令和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)。在多媒體卡 /sd/sd i/o 總線上的基本操作是命令/響應(yīng)結(jié)構(gòu)，這樣的

20、總線操作在命令或總線機(jī)制下實(shí)現(xiàn)信息交換；另外，某些操作還具有數(shù)據(jù)令牌。在 sd/sdio 存儲(chǔ)器卡上傳送的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)塊的形式傳輸；在mmc 上傳送的數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)塊或數(shù)據(jù)流的形式傳輸；在 ce-ata 設(shè)備上傳送的數(shù)據(jù)也是以數(shù)據(jù)塊的形式傳輸。3 sdio 的原理及實(shí)現(xiàn)方法桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 9 頁(yè) 共 24 頁(yè)3.1 原理sdio 包含 2 個(gè)部分： sdio 適配器模塊：實(shí)現(xiàn)所有mmc/sd/sd i/o 卡的相關(guān)功能，如時(shí)鐘的產(chǎn)生、命令和數(shù)據(jù)的傳送。 ahb 總線接口：操作 sdio 適配器模塊中的寄存器， 并產(chǎn)生中斷和 dma請(qǐng)求信號(hào)。圖 3-1 sdio 框圖復(fù)位后

21、默認(rèn)情況下sdio_d0 用于數(shù)據(jù)傳輸。初始化后主機(jī)可以改變數(shù)據(jù)總線的寬度。如果一個(gè)多媒體卡接到了總線上， 則 sdio_d0、 sdio_d3:0 或 sdio_d7:0可以用于數(shù)據(jù)傳輸。 mmc 版本 v3.31 和之前版本的協(xié)議只支持1 位數(shù)據(jù)線，所以只能用 sdio_d0。如果一個(gè) sd 或 sd i/o 卡接到了總線上，可以通過主機(jī)配置數(shù)據(jù)傳輸使用sdio_d0 或 sdio_d3:0 。所有的數(shù)據(jù)線都工作在推挽模式。sdio_cmd 有兩種操作模式： 用于初始化時(shí)的開路模式 (僅用于 mmc 版本 v3.31 或之前版本 ) 用于命令傳輸?shù)耐仆炷Ｊ?(sd/sd i/o 卡和 mm

22、c v4.2 在初始化時(shí)也使用推挽驅(qū)動(dòng) ) sdio_ck 是卡的時(shí)鐘：每個(gè)時(shí)鐘周期在命令和數(shù)據(jù)線上傳輸1 位命令或數(shù)據(jù)。對(duì)于多媒體卡v3.31 協(xié)議，時(shí)鐘頻率可以在0mhz 至 20mhz 間變化；對(duì)于多媒體卡 v4.0/4.2 協(xié)議，時(shí)鐘頻率可以在0mhz 至 48mhz 間變化；對(duì)于 sd 或sd i/o 卡，時(shí)鐘頻率可以在0mhz 至 25mhz 間變化。sdio 使用兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)：桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 10 頁(yè) 共 24 頁(yè) sdio 適配器時(shí)鐘 (sdioclk=hclk) ahb 總線時(shí)鐘 (hclk/2) 下表適用于多媒體卡 /sd/sd i/o 卡總線：表

23、 3-1 sdio引腳定義3.2 sdio適配器下圖是簡(jiǎn)化的 sdio適配器框圖：圖 3-2 sdio 適配器 命令通道狀態(tài)機(jī) (cpsm) 當(dāng)寫入命令寄存器并設(shè)置了使能位，開始發(fā)送命令。 命令發(fā)送完成時(shí)， 命令通道狀態(tài)機(jī) (cpsm)設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志并在不需要響應(yīng)時(shí)進(jìn)入空閑狀態(tài)(見下圖 )。 當(dāng)收到響應(yīng)后，接收到的 crc 碼將會(huì)與內(nèi)部產(chǎn)生的crc 碼比較，然后設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志。當(dāng)進(jìn)入等待 (wait)狀態(tài)時(shí)，命令定時(shí)器開始運(yùn)行；當(dāng)cpsm 進(jìn)入接收(receive)狀態(tài)之前，產(chǎn)生了超時(shí)，則設(shè)置超時(shí)標(biāo)志并進(jìn)入空閑(idle)狀態(tài)。 命令格式命令：命令是用于開始一項(xiàng)操作。 主機(jī)向一個(gè)指定的卡或所

24、有的卡發(fā)出帶地址的命令或廣播命令(廣播命令只適合于mmc v3.31 或之前的版本 )。命令在cmd 線上串行傳送。所有命令的長(zhǎng)度固定為48 位，下表給出了多媒體卡、sd存儲(chǔ)卡和 sdio 卡上一般的命令格式。 ce-ata 命令是 mmc v4.2 命令的擴(kuò)充，所以具有相同的格式。命令通道操作于半雙工模式，這樣命令和響應(yīng)可以分別桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 11 頁(yè) 共 24 頁(yè)發(fā)送和接收。如果cpsm 不處在發(fā)送狀態(tài)， sdio_cmd輸出處于高阻狀態(tài)。sdio_cmd 上的數(shù)據(jù)與 sdio_ck 的上升沿同步。3.3 sdio卡識(shí)別過程多媒體卡和 sd 卡的卡識(shí)別過程是有區(qū)別

25、的；對(duì)于多媒體卡，卡識(shí)別過程以時(shí)鐘頻率 fod開始，所有 sdio_cmd 輸出為開路驅(qū)動(dòng)，允許在這個(gè)過程中的卡的并行連接，識(shí)別過程如下：1. 總線被激活2. sdio 卡主機(jī)廣播發(fā)送 send_op_cond(cmd1)命令，并接收操作條件3. 得到的響應(yīng)是所有卡的操作條件寄存器內(nèi)容的“ 線與” 4. 不兼容的卡會(huì)被置于非激活狀態(tài)5. sdio 卡主機(jī)廣播發(fā)送 all_send_cid(cmd2) 至所有激活的卡6. 所有激活的卡同時(shí)串行地發(fā)送他們的cid 號(hào)，那些檢測(cè)到輸出的cid 位與命令線上的數(shù)據(jù)不相符的卡必須停止發(fā)送，并等待下一個(gè)識(shí)別周期。 最終只有一個(gè)卡能夠成功地傳送完整的cid

26、至 sdio 卡主機(jī)并進(jìn)入識(shí)別狀態(tài)。7. sdio 卡主機(jī)發(fā)送 set_relative_addr(cmd3) 命令至這個(gè)卡，這個(gè)新的地址被稱為相對(duì)卡地址(rca)，它比 cid 短，用于對(duì)卡尋址。至此，這個(gè)卡轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)， 并不再響應(yīng)新的識(shí)別過程， 同時(shí)它的輸出驅(qū)動(dòng)從開路轉(zhuǎn)變?yōu)橥仆炷Ｊ健?. sdio 卡主機(jī)重復(fù)上述步驟5 至 7，直到收到超時(shí)條件。對(duì)于 sd 卡而言，卡識(shí)別過程以時(shí)鐘頻率fod 開始，所有 sdio_cmd 輸出為推挽驅(qū)動(dòng)而不是開路驅(qū)動(dòng)，識(shí)別過程如下：1. 總線被激活2. sdio 卡主機(jī)廣播發(fā)送 send_app_op_cond(acmd41)命令3. 得到的響應(yīng)是所有卡

27、的操作條件寄存器的內(nèi)容4. 不兼容的卡會(huì)被置于非激活狀態(tài)5. sdio 卡主機(jī)廣播發(fā)送 all_send_cid(cmd2) 至所有激活的卡6. 所有激活的卡發(fā)送回他們唯一卡識(shí)別號(hào)(cid)并進(jìn)入識(shí)別狀態(tài)。7. sdio 卡主機(jī)發(fā)送 set_relative_addr(cmd3) 命令和一個(gè)地址到一個(gè)激活的卡，這個(gè)新的地址被稱為相對(duì)卡地址(rca)， 它比 cid 短，用于對(duì)卡尋址。至此，這個(gè)卡轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)。 sdio 卡主機(jī)可以再次發(fā)送該命令更改rca，卡的rca 將是最后一次的賦值。8. sdio 卡主機(jī)對(duì)所有激活的卡重復(fù)上述步驟5 至 7。對(duì)于 sd i/o 卡而言，卡識(shí)別過程如下：桂林

28、電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 12 頁(yè) 共 24 頁(yè)1. 總線被激活2. sdio 卡主機(jī)發(fā)送 io_send_op_cond(cmd5) 命令3. 得到的響應(yīng)是卡的操作條件寄存器的內(nèi)容4. 不兼容的卡會(huì)被置于非激活狀態(tài)5. sdio 卡主機(jī)發(fā)送 set_relative_addr(cmd3) 命令和一個(gè)地址到一個(gè)激活的卡，這個(gè)新的地址被稱為相對(duì)卡地址(rca)， 它比 cid 短，用于對(duì)卡尋址。至此，這個(gè)卡轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)。 sdio 卡主機(jī)可以再次發(fā)送該命令更改rca，卡的rca 將是最后一次的賦值。3.4 sdio寫數(shù)據(jù)塊執(zhí)行寫數(shù)據(jù)塊命令 (cmd24-27)時(shí)，主機(jī)把一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)

29、塊從主機(jī)傳送到卡中，同時(shí)在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的末尾傳送一個(gè)crc 碼。一個(gè)支持寫數(shù)據(jù)塊命令的卡應(yīng)該始終能夠接收由write_bl_len 定義的數(shù)據(jù)塊。如果crc 校驗(yàn)錯(cuò)誤，卡通過 sdio_d 信號(hào)線指示錯(cuò)誤，傳送的數(shù)據(jù)被丟棄而不被寫入，所有后續(xù)(在多塊寫模式下 )傳送的數(shù)據(jù)塊將被忽略。如果主機(jī)傳送部分?jǐn)?shù)據(jù)， 而累計(jì)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度未與數(shù)據(jù)塊對(duì)齊，當(dāng)不允許塊錯(cuò)位(未設(shè)置 csd 的參數(shù) write_blk_misalign)，卡將在第一個(gè)錯(cuò)位的塊之前檢測(cè)到塊錯(cuò)位錯(cuò)誤 (設(shè)置狀態(tài)寄存器中的address_error 錯(cuò)誤位 )。當(dāng)主機(jī)試圖寫一個(gè)寫保護(hù)區(qū)域時(shí)， 寫操作也會(huì)被中止，此時(shí)卡會(huì)設(shè)置 wp_viola

30、tion 位。設(shè)置 cid 和 csd 寄存器不需要事先設(shè)置塊長(zhǎng)度， 傳送的數(shù)據(jù)也是通過crc保護(hù)的。如果 csd 或 cid 寄存器的部分是存儲(chǔ)在rom 中，則這個(gè)不能更改的部分必須與接收緩沖區(qū)的對(duì)應(yīng)部分相一致，如果有不一致之處， 卡將報(bào)告一個(gè)錯(cuò)誤同時(shí)不修改任何寄存器的內(nèi)容。 有些卡需要長(zhǎng)的甚至不可預(yù)計(jì)的時(shí)間完成寫一個(gè)數(shù)據(jù)塊，在接收一個(gè)數(shù)據(jù)塊并完成crc 檢驗(yàn)后，卡開始寫操作，如果它的寫緩沖區(qū)已經(jīng)滿并且不能再?gòu)男碌膚rite_block 命令接受新的數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)把sdio_d 信號(hào)線拉低。主機(jī)可以在任何時(shí)候使用send_status(cmd13)查詢卡的狀態(tài)，卡將返回當(dāng)前狀態(tài)。ready_f

31、or_data狀態(tài)位指示卡是否可以接受新的數(shù)據(jù)或?qū)懖僮魇欠襁€在進(jìn)行。主機(jī)可以使用cmd7( 選擇另一個(gè)卡 )不選中某個(gè)卡，而把這個(gè)卡置于斷開狀態(tài)， 這樣可以釋放 sdio_d 信號(hào)線而不中斷未完成的寫操作；當(dāng)重新選擇了一個(gè)卡， 如果寫操作仍然在進(jìn)行并且寫緩沖區(qū)仍不能使用，它會(huì)重新通過拉低sdio_d 信號(hào)線指示忙的狀態(tài)。桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 13 頁(yè) 共 24 頁(yè)3.5 sdio讀數(shù)據(jù)塊在讀數(shù)據(jù)塊模式下，數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締卧菙?shù)據(jù)塊，它的大小在csd 中(read_bl_len) 定義。如果設(shè)置了 read_bl_partial ，同樣可以傳送較小的數(shù) 據(jù) 塊 ， 較 小 數(shù)

32、 據(jù)塊 是 指 開 始 和 結(jié) 束 地 址 完 全 包 含 在一 個(gè) 物 理 塊 中 ，read_bl_len定義了物理塊的大小。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_，每個(gè)數(shù)據(jù)塊后都有一個(gè)crc 校驗(yàn)碼。 cmd17(read_single_block) 啟動(dòng)一次讀數(shù)據(jù)塊操作，在傳輸結(jié)束后卡返回到發(fā)送狀態(tài)。cmd18(read_multiple_block)啟動(dòng)一次連續(xù)多個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀操作。主機(jī)可以在多數(shù)據(jù)塊讀操作的任何時(shí)候中止操作，而不管操作的類型。 發(fā)送停止傳輸命令即可中止操作。如果在多數(shù)據(jù)塊讀操作中 (任一種類型 )卡檢測(cè)到錯(cuò)誤 (例如：越界、地址錯(cuò)位或內(nèi)部錯(cuò)誤 )，它將停止數(shù)據(jù)傳輸并仍處于數(shù)據(jù)狀態(tài)；此時(shí)

33、主機(jī)必須發(fā)送停止傳輸命令中止操作。在停止傳輸命令的響應(yīng)中報(bào)告讀錯(cuò)誤。如果主機(jī)發(fā)送停止傳輸命令時(shí)， 卡已經(jīng)傳輸完一個(gè)確定數(shù)目的多個(gè)數(shù)據(jù)塊操作中的最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊， 因?yàn)榇藭r(shí)卡已經(jīng)不在數(shù)據(jù)狀態(tài)，主機(jī)會(huì)得到一個(gè)非法命令的響應(yīng)。如果主機(jī)傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)塊， 而累計(jì)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不能與物理塊對(duì)齊同時(shí)不允許塊錯(cuò)位， 卡會(huì)在出現(xiàn)第一個(gè)未對(duì)齊的塊時(shí)檢測(cè)出一個(gè)塊對(duì)齊錯(cuò)誤，并在狀態(tài)寄存器中設(shè)置 address_error 錯(cuò)誤標(biāo)志。4 fatfs 文件系統(tǒng)4.1 fatfs文件系統(tǒng)簡(jiǎn)介faffs 是面向小型嵌入式系統(tǒng)的一種通用的fat 文件系統(tǒng)。 fatfs 完全是由 aisi c 語(yǔ)言編寫并且完全獨(dú)立于底層的i/o 介質(zhì)

34、。因此它可以很容易地不加修改地移植到其他的處理器當(dāng)中，如8051、pic、avr、sh、z80、h8、arm等。fatfs支持 fat12、fat16、fat32等格式，所以我們利用前面寫好的sdio驅(qū)動(dòng)，把 fatfs 文件系統(tǒng)代碼移植到工程之中，就可以利用文件系統(tǒng)的各種函數(shù)，對(duì)已格式化的sd 卡進(jìn)行讀寫文件了。桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 14 頁(yè) 共 24 頁(yè)4.2 fatfs文件系統(tǒng)移植4.2.1 移植前工作在移植 fatfs 文件系統(tǒng)之前，我們先要到fat 的官網(wǎng)獲取源碼，版本為r0.07c。解壓之后可看到里面有doc 和 src 這兩個(gè)文件夾。 doc 文件夾里面是一些

35、使用文檔，src 里面是文件系統(tǒng)的源碼。圖 4-1 fatfs 源碼4.2.2 開始移植首先我們要獲取一個(gè)完全沒有修改過的文件系統(tǒng)源碼，然后在10-microsd卡這個(gè)文件夾下的實(shí)驗(yàn)代碼下移植，這個(gè)實(shí)驗(yàn)代碼實(shí)現(xiàn)的是卡的底層的塊操作。注意，我們?cè)谝浦策@個(gè)文件系統(tǒng)的過程中會(huì)盡量保持文件系統(tǒng)源碼的純凈，盡量做到在修改最少量的源碼的情況下移植成功。fatfs 模塊在移植的時(shí)候，我們一般只需要修改2 個(gè)文件，即 ffconf.h 和diskio.c。fatfs 模塊的所有配置項(xiàng)都是存放在ffconf.h 里面，我們可以通過配置里面的一些選項(xiàng)，來(lái)滿足自己的需求。接下來(lái)我們介紹幾個(gè)重要的配置選項(xiàng)。1）_fs

36、_tiny。這個(gè)選項(xiàng)在 r0.07 版本中開始出現(xiàn)，之前的版本都是以獨(dú)立的 c 文件出現(xiàn)（ fatfs 和 tiny fatfs），有了這個(gè)選項(xiàng)之后，兩者整合在一起了，使用起來(lái)更方便。我們使用fatfs，所以把這個(gè)選項(xiàng)定義為0 即可。2）_fs_readonly 。這個(gè)用來(lái)配置是不是只讀，本章我們需要讀寫都用，所以這里設(shè)置為 0 即可。3）_use_strfunc。這個(gè)用來(lái)設(shè)置是否支持字符串類操作，比如f_putc，f_puts 等，本章我們需要用到，故設(shè)置這里為1。桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 15 頁(yè) 共 24 頁(yè)4）_use_mkfs。這個(gè)用來(lái)定時(shí)是否使能格式化，本章需要用到

37、，所以設(shè)置這里為 1。5）_use_fastseek。這個(gè)用來(lái)使能快速定位，我們?cè)O(shè)置為1，使能快速定位。6）_code_page。這個(gè)用于設(shè)置語(yǔ)言類型，包括很多選項(xiàng)（見fatfs 官網(wǎng)說明），我們這里設(shè)置為936，即簡(jiǎn)體中文（ gbk 碼，需要 c936.c文件支持，該文件在 option 文件夾）。7）_use_lfn。該選項(xiàng)用于設(shè)置是否支持長(zhǎng)文件名（還需要_code_page支持），取值范圍為 03。0，表示不支持長(zhǎng)文件名， 13 是支持長(zhǎng)文件名，但是存儲(chǔ)地方不一樣，我們選擇使用3，通過 ff_memalloc 函數(shù)來(lái)動(dòng)態(tài)分配長(zhǎng)文件名的存儲(chǔ)區(qū)域。8）_volumes 。用于設(shè)置 fatfs

38、 支持的邏輯設(shè)備數(shù)目，我們?cè)O(shè)置為2，即支持 2 個(gè)設(shè)備。9）_max_ss。扇區(qū)緩沖的最大值，一般設(shè)置為512。下面我們來(lái)講講 fatfs的移植， fatfs的移植主要分為 3 步： 數(shù)據(jù)類型：在 integer.h 里面去定義好數(shù)據(jù)的類型。這里需要了解你用的編譯器的數(shù)據(jù)類型，并根據(jù)編譯器定義好數(shù)據(jù)類型。 配置：通過 ffconf.h 配置 fatfs的相關(guān)功能，以滿足你的需要。 函數(shù)編寫：打開 diskio.c，進(jìn)行底層驅(qū)動(dòng)編寫， 一般需要編寫 6 個(gè)接口函數(shù)。通過以上三步，我們即可完成對(duì)fatfs 的移植。第一步，我們使用的是mdk3.80a編譯器，器數(shù)據(jù)類型和integer.h里面定義的

39、一致，所以此步，我們不需要做任何改動(dòng)。第二步，關(guān)于 ffconf.h里面的相關(guān)配置，我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)有介紹（之前介紹的 9 個(gè)配置），我們將對(duì)應(yīng)配置修改為我們介紹時(shí)候的值即可，其他的配置用默認(rèn)配置。第三步，因?yàn)?fatfs模塊完全與磁盤i/o 層分開，因此需要下面的函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)底層物理磁盤的讀寫與獲取當(dāng)前時(shí)間。底層磁盤i/o 模塊并不是 fatfs的一部分，并且必須由用戶提供。5 測(cè)試及結(jié)果桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 16 頁(yè) 共 24 頁(yè)5.1 jtag 仿真器介紹j-link 是支持仿真 arm 內(nèi)核芯片的 jtag 仿真器。 配合 iar ewarm ， ads，keil ，w

40、inarm ，realview 等集成開發(fā)環(huán)境支持所有arm7/arm9內(nèi)核芯片的仿真，通過rdi 接口和各集成開發(fā)環(huán)境無(wú)縫連接，操作方便、連接方便、簡(jiǎn)單易學(xué)，是學(xué)習(xí)開發(fā)arm 最好最實(shí)用的開發(fā)工具。dq 電子推出的 j-linkv7 仿真器采用原版固件，參照原版原理圖，經(jīng)過dq團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)時(shí)間精工制作，板型合理，元件布局美觀大方，走線嚴(yán)謹(jǐn)精致，并且每一個(gè)產(chǎn)品都經(jīng)過功能和老化測(cè)試，功能完全與原版一致，支持在線升級(jí)。j-link arm 主要特點(diǎn)：iar ewarm 集成開發(fā)環(huán)境無(wú)縫連接的jtag 仿真器。支持所有 arm7/arm9 內(nèi)核的芯片，以及cortexm3，包括 thumb 模式。支持

41、ads,iar,keil,winarm,realview等幾乎所有的開發(fā)環(huán)境。下載速度高達(dá) arm7:600kb/s ，arm9:550kb/s ，通過 dcc 最高可達(dá)800 kb/s*最高 jtag 速度 12mhz。目標(biāo)板電壓范圍1.2v3.3v。自動(dòng)速度識(shí)別功能。監(jiān)測(cè)所有 jtag 信號(hào)和目標(biāo)板電壓。完全即插即用。使用 usb 電源（可接通 j12跳線給目標(biāo)板供電，出廠時(shí)未接通）。帶 usb 連接線和 20 芯 jtag 連接排線。支持多 jtag 器件串行連接。標(biāo)準(zhǔn) 20 芯 jtag 仿真插頭。帶 j-link tcp/ip server，允許通過 tcp/ip 網(wǎng)絡(luò)使用 j-li

42、nk 支持的內(nèi)核：arm7tdmi （rev 1）；arm7tdmi （rev 3）；arm7tdmi-s （rev 4）；arm720t ；cortexm3 。5.2 現(xiàn)象及結(jié)果給硬件系統(tǒng)供電 (5v)，插上 jlink，插上串口線 (兩頭都是母的交叉線 )，插桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 17 頁(yè) 共 24 頁(yè)上 microsd 卡，打開超級(jí)終端， 配置超級(jí)終端為 115200 8-n-1，將編譯好的程序下載到硬件平臺(tái)，即可看到超級(jí)終端打印出如下信息：圖 5-1 測(cè)試效果圖桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 18 頁(yè) 共 24 頁(yè)6 結(jié)論很多單片機(jī)系統(tǒng)都需要大容量存儲(chǔ)設(shè)備

43、，以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。目前常用的有u 盤，flash 芯片，sd 卡等。他們各有優(yōu)點(diǎn)，綜合比較，最適合單片機(jī)系統(tǒng)的莫過于sd 卡了，它不僅容量可以做到很大（32gb 以上） ，而且支持 spi 接口，方便移動(dòng)，并且有幾種體積的尺寸可供選擇（標(biāo)準(zhǔn)的sd 卡尺寸，以及 tf 卡尺寸等），能滿足不同應(yīng)用的要求。本實(shí)訓(xùn)的作品是利用基于arm cotex-m3 內(nèi)核的嵌入式處理器 stm32 自帶的 sdio 硬件接口來(lái)驅(qū)動(dòng) sd 卡，并結(jié)合文件系統(tǒng)fatfs r0.07c 來(lái)完成一個(gè)基于嵌入式arm 的 sd 卡讀寫的作品，現(xiàn)實(shí)向sd 卡寫入一個(gè) txt 文件， 并讀取 sd 卡的文件目標(biāo)并通過串口打印到pc

44、機(jī)顯示。 通過本實(shí)訓(xùn)，我更加掌握了嵌入式arm stm32 的外圍應(yīng)用設(shè)計(jì)以及sd 卡的驅(qū)動(dòng)和文件系統(tǒng)的使用方法。桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 19 頁(yè) 共 24 頁(yè)致謝本實(shí)訓(xùn)從最初的選題到系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 程序編寫直到論文的撰寫過程中都得到了孫安青老師的悉心指導(dǎo)與指正， 您細(xì)心教導(dǎo)和熱心關(guān)懷使得我能夠順利完成本次實(shí)訓(xùn)任務(wù)。孫老師熱心的工作態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，也使我受益匪淺，終生難忘。同時(shí)要感謝我們班各位同學(xué),你們細(xì)心地給我分析該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程,耐心地講解程序運(yùn)行過程 ,并給設(shè)計(jì)的不足提出很好的建議和方針,是你們的幫助 ,讓我對(duì)本設(shè)計(jì)理解更透徹 ,在此表示衷心地感謝 . 大學(xué)里我并不孤

45、獨(dú)， 在老師和同學(xué)們陪伴下， 我度過了愉快的四年， 在此衷心感謝大家桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn) （論文）報(bào)告用紙第 20 頁(yè) 共 24 頁(yè)參考文獻(xiàn)1 康華光 . 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分第四版m. 北京：高等教育出版社，1999.6. 2 閻石 .數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版m. 北京：高等教育出版社，1999.6. 3 王福瑞等 單片微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全m 北京航空航天大學(xué)出版社,1998(331 337) 4 寧改娣 , 楊拴科 dsp控制器原理及應(yīng)用m 科學(xué)出版社，20025 周立功等 .arm嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.1. 6 周立功等 .arm嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程

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