基于Nios II 軟核處理器的SD卡接口設計（二）

接上文

基于Nios II 軟核處理器的SD卡接口設計（一）

2.1 SD卡初始化

在對SD 卡進行讀/寫之前，必須知道卡的類型、卡的容量、卡的大小等信息。具體來說，初始化函數主要完成以下工作：

(1) 微處理器(這里指Nios II)復位SD卡，激活SD卡內部控制電路進行初始化處理，使SD卡進入SPI 模式;

(2) 發送命令查詢SD卡是否支持3.3V供電;

(3) 調整SPI時鐘頻率;

(4) 根據編譯選項使能或者禁止通信過程中的CRC校驗;

(5) 設置用于讀/寫操作的塊數據長度;

(6) 最后是初始化全局變量sds.

SD卡初始化函數INTSU SD_Initialize(viod)就是用于完成以上任務的，它讀取SD卡內部CSD寄存器，然后對全局變量sds進行賦值。

2.2 SD卡讀寫操作

對SD卡的讀寫操作需要知道SD 卡的一些基本的屬性：插入卡座中SD卡的型號;SD卡中全部塊的數量;SD卡的最大數據塊的長度;一次可擦除的塊數量;卡的讀取、寫入、擦除操作的超時時間。

SD卡讀/寫軟件包中定義了一個全局變量sds,軟件包的很多地方使用了這個全局變量。SD卡的寫操作包括寫單塊和寫多塊兩種方式。SD卡的初始化函數SD_Initialixe()已經調用SD_SetBlockLen()函數設定了讀/寫數據的長度為SD_BLOCKSIZE 字節，所以卡初始化以后，讀寫都必須以塊為單位。

3 SD卡驅動設計

Nios II軟件架構是建立在HAL(Hardware Abstraction Layer)基礎之上的。HAL為Nios II的軟件開發者提供了操作底層硬件的編程接口。設備驅動驅動程序的編制一般要使用HAL提供的API函數以及C標準庫等。HAL提供的功能以及它與底層設備驅動程序之間的關系如圖3所示，這種模塊化的設計架構可以加速應用程序的開發。使用這種分層的體系架構，HAL層把應用程序和底層硬件驅動程序之間隔離開來，使得應用程序的開發不依賴于底層HAL和硬件的變化，增加了應用程序的可移植性。設計驅動程序最重要的是理解具體SD卡的讀寫操作的過程，之后是如何和嵌入式操作系統連接起來。在編制好SD卡的驅動程序后，在應用程序中操作SD卡就簡單了。所以編制SD卡的驅動在本設計中是重要的一部分。

圖3 基于HAL的系統層次結構

結束語

本文基于Nios II實現了對于SD卡的控制，不僅包括硬件設計還包括系統軟件設計。傳統的系統設計是基于硬核處理器的架構，系統的硬件設計受到了限制。SOPC的設計思想使得片上系統的設計更加靈活，硬件設計的限制因素基本不存在了。在一個FPGA的芯片上幾乎可以實現一個整個系統，對于系統的小型化的作用是顯著的。本文對基于NiosⅡ的嵌入式系統的設計進行了深入的研究，并在此基礎上，設計完成了以Altera公司的Cyclone III系列中的EP3C16 FPGA為核心芯片的SOPC開發平臺。另外本文在此平臺之上，移植了嵌入式操作系統，并在此環境下實現了SD卡的接口設計，因此包括了整個的硬件和軟件設計。在系統設計的過程中，分析了Nios II 的Avalon總線的系統架構、SD 卡的通信協議。