基于NiosⅡ的SD卡驅動程序開發

摘要：提出一種在FPGA NiosⅡ軟核處理器下SD卡驅動設計的方法。采用Altera公司的FPGA可編程邏輯器件，構建了NiosⅡ軟核處理器平臺，并在此之上實現了SD卡的驅動設計。實驗結果表明：設計提高了FPGA系統的設計靈活度，并有效地控制了FPGA的資源利用率。
關鍵詞：NiosⅡ；Avalon總線；SD卡；驅動；HAL

近年來，基于FPGA的軟核處理器以其高度的設計靈活性和低成本在嵌入式市場中得到重視并不斷發展。其中具有代表性的軟核處理器有Ahera的NiosⅡ處理器和Xilinx的MicroBlaze處理器。NiosⅡ處理器具有完全的可定制性，包括處理器的定制，外設的定制和接口的定制等；32位的NiosⅡ處理器具有超過200 DIMP的性能，而其成本只有同級別性能ARM處理器的l／10。此外，SD存儲卡以其大容量和小尺寸的特點，成為市面上各種嵌入式消費產品最常見的存儲媒介，探討SD卡設備的設計具有廣泛的應用價值。這里將結合NiosⅡ處理器的總線架構，分析SD卡的接口協議和驅動程序設計方法，并給出SD卡設備在NiosⅡ處理器的設計實例。

1 NiOSⅡ處理器的Avalon總線架構
Nios和NiosⅡ都使用了Avalon總線，這是一種交換式架構的片內總線。該總線形式和PCI、ISA等板間互連總線的最大區別在于：其主從設備之間有緊密耦合關系。Avalon總線架構中，由硬件設計人員通過SOPC Builder規定互連的主從設備(包括數據、控制信號、片選、地址的互連)，不連接的設備之間是互相看不到的。每個Avalon主設備端有多路復用器，用來從多個從設備的數據總線中選擇當前要訪問的數據。圖l為Avalon總線系統結構。

Avalon接口用于提供描述主外設和從外設中基于地址讀／寫接口的基礎，例如，微控制器、存儲器、UART及定時器等。接口規范定義了外設和Avalon開關互聯結構之間的數據傳輸。在沒有主或從接口限制的情況下，規范的互聯策略允許任何主外設連接到任何從外設；Avalon接口描述了一個可配置的互聯策略，允許外設的設計者限制某種特定傳輸所需的信號類型。
Avalon定義了5種傳輸方式：從端口傳輸、主端口傳輸、流水線讀傳輸、流傳輸控制和三態傳輸。這里僅分析SD卡設備所使用的從端口傳輸方式。
1．1 從設備信號
從設備信號是與主設備相連接的一組信號端口，這里所針對的SD卡設備的Avalon從端口需定義的信號端口如表1所列。

表l所列出的從設備信號只是這里所針對的SD卡設備所需要的信號，并不是從設備所支持的所有信號。對于其他從設備可根據其自身特點及需要來選擇相應的信號接口。