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 頁共2頁摘要3?？ǎ⊿ecureDigitalMemoryCard）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ARMCotex-M3內(nèi)核的嵌入式處理器STM32自帶的SDIO硬件接口來驅(qū)動SD卡，并結(jié)合文件系統(tǒng)FATFSR0.07C來完成一個(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；ARM；STM32；SD卡；文件系統(tǒng)AbstractS

2、DCard(SecureDigitalMemoryCard)ChinesetranslationforSecureDigitalCard,itisakindofbasedonsemiconductorflashMemoryofanewgenerationofMemorydevice,itiswidelyusedinportabledevices,suchasDigitalcameras,personalDigitalassistant(PDA)andmultimediaplayer,etc.ThistrainingworkisbasedonARMCotex-M3kernelembeddedpr

3、ocessorSTM32ownSDIOhardwareinterfacetodrivetheSDcard,andcombinedwiththefilesystemFATFSR0.07CtocompleteabasedonembeddedARMoftheSDcard,speaking,readingandwritingwork,realitytoSDcardtoaTXTfile,andreadSDcardfilegoalsandthroughtheserialportprinttoPCdisplay.Keywords:embedded;ARM;STM32;SDCard;Filesystem桂林電

4、子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第1頁共1頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第1頁共1頁目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 前言1 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document ARM應(yīng)用背景1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 研究內(nèi)容2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 研究成果3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document STM32處理器概

5、述3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document STM32簡介3 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document STM32F103VET6的參數(shù)4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 內(nèi)部資源6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document CORTEX-M3內(nèi)核簡介6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document STM32SDIO簡介7SDIO簡介7SDIO功能特性8 HYPERLINK

6、l bookmark28 o Current Document SDIO的原理及實(shí)現(xiàn)方法8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 3.1原理9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document SDIO適配器10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document SDIO卡識別過程11 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document SDIO寫數(shù)據(jù)塊12 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document SDIO

7、讀數(shù)據(jù)塊13 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document FATFS文件系統(tǒng)13 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document FATFS文件系統(tǒng)簡介13 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document FATFS文件系統(tǒng)移植144.2.1移植前工作14開始移植14 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 測試及結(jié)果15 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 5.1JTAG仿真器介紹16 HY

8、PERLINK l bookmark84 o Current Document 現(xiàn)象及結(jié)果16 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 結(jié)論18致謝19 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 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 頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 頁共24頁1前言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，F(xiàn)ILESYSTEM

9、等，而ARM芯片憑借強(qiáng)大的處理能力和極低的功耗，非常適合這些場合?，F(xiàn)在越來越多的產(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。LCD鍵盤主機(jī)EPRAI/O圖1-1ARM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芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，AR

10、M在語音及視頻處理上進(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9tab.aa/r控制電ADCCCD*_arm處理器路和編碼電主機(jī)LCD圖1-2基于ArM技術(shù)的數(shù)碼相控的功能模塊1.2研究內(nèi)容本設(shè)計(jì)旨在加深對ARM的學(xué)習(xí)，鞏固大學(xué)四年所學(xué)專業(yè)知識，提升動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

11、開發(fā)板的過程，和對STM32F103C8T6芯片的研究學(xué)習(xí)，掌握其各種外設(shè)功能。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存儲卡規(guī)范2.0版。SDIO存儲卡規(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/MMC4.2版的卡，但可以同時(shí)支持多個(gè)MMC4.1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

12、作品是利用基于ARMCotex-M3內(nèi)核的嵌入式處理器STM32自帶的SDIO硬件接口來驅(qū)動SD卡，并結(jié)合文件系統(tǒng)FATFSR0.07C來完成一個(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；第四章著重介紹了FAT文件系統(tǒng)的原理；第五章介紹了測試方法和結(jié)果。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

13、叉線），插上MicroSD卡，打開超級終端，配置超級終端為1152008-N-1，將編譯好的程序下載到硬件平臺，即可看到超級終端打印出如下信息：圖1-3顯示結(jié)果圖2STM32處理器概述STM32簡介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端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。所有型號的器件都包含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。

14、STM32F103xx增強(qiáng)型系列工作于-40C至+105C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)用場合：電機(jī)驅(qū)動和應(yīng)用控制；醫(yī)療和手持設(shè)備；PC外設(shè)和GPS平臺；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)，視頻對講，和暖氣通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)；STM32F103VET6的參數(shù)STM32F103VET6芯片的參

15、數(shù)如表2-1PEG匚VBATLPC13-TAMPER-RTC匚PC14-OSC32IN匚VSSAEVREF-EVREF+匚VDDA匸PAO-WKUP匚VDD_5匚OSCINCOSCOLFTLNAST匚表2-1器件功能和配置（STM32F103xx增強(qiáng)型）外設(shè)ST)l32F10mSW32F1O3CXSnS2F103KxSW32F103VX閃存（K字節(jié)）32643264128326412564128RMKK字節(jié)）1020102020102020定時(shí)雅通用23233233高級1111通信SPI12122122I2C12122122USART23233233USB11111111CAN11111111

16、通用I/O端口263251SO吃位同步ADC2通道2皿通道216通道CPU頻率72MHz工作電壓2.0至生6V工作溫度-40+85C/-40至4-105C封裝VFQFPN3&LQFP48LQFP64LjQFPI.00,BGA1.00芯片引腳圖如圖2-2：VDD_2VSS_2NCPA13PA12PA11PA10PA9PA8PCSPC8PC?peePD15PD14PD13PD12PD11PD10PD9PD8PB15PB14PB13PB12圖2-2STM32F103xx增強(qiáng)型LQPFP100管腳圖桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)(論文)報(bào)告用紙第6頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)(論文)報(bào)告用紙第6頁共24頁2.

17、2內(nèi)部資源STM32有豐富的內(nèi)部資源，如下所示：RealViewMDK(MiertocontrollerDevelopmentKit)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；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)；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)。Cortex-M3

18、內(nèi)核簡介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級流水線哈佛架構(gòu)，運(yùn)用分支預(yù)測、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 頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 頁共24頁法功能實(shí)現(xiàn)了出色的效率（1.25DMIPS/MHz）。Cortex-M3處理器是一個(gè)32位處理器，帶有32位寬的數(shù)據(jù)路徑、寄存器庫和基于傳統(tǒng)ARM7處理器的系統(tǒng)只支持訪問對齊的數(shù)

19、據(jù)，沿著對齊的字邊界即可對數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問和存儲。Cortex-M3處理器采用非對齊數(shù)據(jù)訪問方式，使非對齊數(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成本和功耗非常敏感但同時(shí)對性能要求又相當(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、簡單的高級編程和強(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2-3Cortex-M3與ARM7相比較比較項(xiàng)目ARM7Cortex-M3架構(gòu)ARMv4T（馮諾依曼）指令和數(shù)據(jù)總線共用，會出現(xiàn)瓶頸A

20、RMv7-M（皓佛）指令和數(shù)據(jù)總線分開，無瓶頸指令集32位ARM指令+16位Tlnuiib指令兩套指令之間需要進(jìn)行狀態(tài)切換Tluunb/Thiunb-2指令集16位和32位指令可直接混寫，無需狀態(tài)切換流水線3級流水線若出現(xiàn)轉(zhuǎn)移則需要刷新流水線，損失慘重3級流水線+分支預(yù)測出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時(shí)流水線無需刷新，幾乎無損失性能0.95DNnPS/MHz（ARM模式）1.25DMIPS/MHZ功耗0.28mWZMHz0.19mW/MHz低功耗模式無內(nèi)置睡眠模式面積0.62nmi2（僅內(nèi)核）0.86nmi2（內(nèi)核+外設(shè)中斷普通中斷IRQ和快速中斷HQ太少，大量外設(shè)不得不復(fù)用中斷不可屏蔽中斷NMI+1240個(gè)物理中

21、斷每個(gè)外設(shè)都可以獨(dú)占一個(gè)中斷，效率高中斷延遲2442個(gè)時(shí)鐘周期，緩慢12個(gè)時(shí)鐘周期，最快只需6個(gè)中斷壓橈軟件手工壓橈，代碼長且效率低硬件自動壓楊，無需代碼且效率高存儲器保護(hù)無8段存儲器保護(hù)單元MPU）內(nèi)核寄存器寄存器分為多組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占核面積多寄存器不分組SP除外），結(jié)構(gòu)簡單工作模式7種工作模式，比較復(fù)雜只有線程模式和處理模式兩種，簡單乘除法指令多周期乘法指令，無除法指令單周期乘法指令，212周期除法指令位操作無訪問外設(shè)寄存器需分“讀-改-寫”3步走先進(jìn)的Bit-band位操作技術(shù)可直接訪間外設(shè)寄存器的某個(gè)位系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)無內(nèi)置系統(tǒng)節(jié)拍定時(shí)器，有利于操作系統(tǒng)移植STM32SDIO簡介2.4.1

22、SDIO簡介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。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存儲卡規(guī)范2.0版。SDIO存儲卡規(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/MMC4.2版的卡，但可以同時(shí)支持多個(gè)MMC4.1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。SDIO功能特性（1）主要功能SD/SDIOMMC卡主機(jī)模塊（SDIO）在A

23、HB外設(shè)總線和多媒體卡（MMC）、SD存儲卡、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)委員會發(fā)布，可以在多媒體卡協(xié)會的網(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)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存儲卡規(guī)格版本2.0全兼容。與SDI/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

24、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，用于控制外部雙向驅(qū)動器。（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/SDI/O總線上的基本操作是命令/響應(yīng)結(jié)構(gòu)，這樣的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。3SDIO的原理及實(shí)現(xiàn)方法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/SDI/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

25、線接口：操作SDIO適配器模塊中的寄存器，并產(chǎn)生中斷和DMA請求信號。圖3-1SDIO框圖復(fù)位后默認(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_DO、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SDI/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_DO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?/p>

26、模式（SD/SDI/O卡和MMCV4.2在初始化時(shí)也使用推挽驅(qū)動）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；對于SD或SDI/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：桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)(論文)報(bào)告用紙第 頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)(論文)報(bào)告用紙第 頁共24頁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/SDI/O卡總線:表

27、3-1SDIO引腳定義引腳方向說明SDIO_CK輸出寥媒休卡於DfSDIO卡時(shí)鐘.這足從主機(jī)至卡的時(shí)鐘銭SDIO_CMD雙向箔媒體卡fSDSDIO卡命令。這是雙向的命令/響應(yīng)信號線SDIO_D7:0雙向務(wù)媒體卡怡D/SDIO卡數(shù)這些昱雙向的數(shù)擁總線SDIO適配器下圖是簡化的SDIO適配器框圖:圖3-2SDIO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

28、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MMCV3.31或之前的版本)。命令在CMD線上串行傳送。所有命令的長度固定為48位，下表給出了多媒體卡、SD存儲卡和SDIO卡上一般的命令格式。CE-ATA命令是MMCV4.2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

29、上升沿同步。3.3SDIO卡識別過程多媒體卡和SD卡的卡識別過程是有區(qū)別的；對于多媒體卡，卡識別過程以時(shí)鐘頻率Fod開始，所有SDIO_CMD輸出為開路驅(qū)動，允許在這個(gè)過程中的卡的并行連接，識別過程如下：1.總線被激活SDIO卡主機(jī)廣播發(fā)送SEND_0P_C0ND(CMD1)命令，并接收操作條件得到的響應(yīng)是所有卡的操作條件寄存器內(nèi)容的“線與”不兼容的卡會被置于非激活狀態(tài)SDIO卡主機(jī)廣播發(fā)送ALL_SEND_CID(CMD2)至所有激活的卡所有激活的卡同時(shí)串行地發(fā)送他們的CID號，那些檢測到輸出的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)識別周期。最終只有一個(gè)卡能夠成功地傳送

30、完整的CID至SDIO卡主機(jī)并進(jìn)入識別狀態(tài)。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卡地址(RCA)，它比CID短，用于對卡尋址。至此，這個(gè)卡轉(zhuǎn)入待機(jī)狀態(tài)，并不再響應(yīng)新的識別過程，同時(shí)它的輸出驅(qū)動從開路轉(zhuǎn)變?yōu)橥仆炷Ｊ健DIO卡主機(jī)重復(fù)上述步驟5至7,直到收到超時(shí)條件。對于SD卡而言，卡識別過程以時(shí)鐘頻率Fod開始，所有SDIO_CMD輸出為推挽驅(qū)動而不是開路驅(qū)動，識別過程如下：總線被激活SDIO卡主機(jī)廣播發(fā)送SEND_APP_0P_C0ND(ACMD41)命令得到的響應(yīng)是所有卡的操作條件寄存器的內(nèi)容不兼容的卡會被置于非激活狀態(tài)SDI

31、O卡主機(jī)廣播發(fā)送ALL_SEND_CID(CMD2)至所有激活的卡所有激活的卡發(fā)送回他們唯一卡識別號(CID)并進(jìn)入識別狀態(tài)。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卡地址(RCA)，它比CID短，用于對卡尋址。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。SDIO卡主機(jī)對所有激活的卡重復(fù)上述步驟5至7。對于SDI/O卡而言，卡識別過程如下：桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)(論文)報(bào)告用紙第 頁共24頁1.總線被激活SDIO卡主

32、機(jī)發(fā)送I0_SEND_0P_C0ND（CMD5）命令得到的響應(yīng)是卡的操作條件寄存器的內(nèi)容不兼容的卡會被置于非激活狀態(tài)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卡地址（RCA），它比CID短，用于對卡尋址。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。3.4SDIO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)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。

33、如果CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，卡通過SDIO_D信號線指示錯(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)長度未與數(shù)據(jù)塊對齊，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)，寫操作也會被中止，此時(shí)卡會設(shè)置WP_VIOLATION位。設(shè)置CID和CSD寄存器不需要事先設(shè)置塊長度，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在ROM中，則這個(gè)不能更改的部分必須與接收緩

34、沖區(qū)的對應(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)滿并且不能再從新的WRITE_BLOCK命令接受新的數(shù)據(jù)時(shí)，它會把SDIO_D信號線拉低。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_FOR_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信號線而不中斷未完成的寫操作；當(dāng)重新選

35、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，它會重新通過拉低SDIO_D信號線指示忙的狀態(tài)。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)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_BL0CK)啟動一次讀數(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_BL0CK)啟動一次連續(xù)多

36、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)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)長度不能與物理塊對齊同時(shí)不允許塊錯(cuò)位，卡會在出現(xiàn)第一個(gè)未對齊的塊時(shí)檢測出一個(gè)塊對齊錯(cuò)誤，并在狀態(tài)寄存器中設(shè)置ADDRE

37、SS_ERROR錯(cuò)誤標(biāo)志。4FatFS文件系統(tǒng)FatFS文件系統(tǒng)簡介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AISIC語言編寫并且完全獨(dú)立于底層的I/0介質(zhì)。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、FAT16FAT32等格式，所以我們利用前面寫好的SDIO驅(qū)動，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)，對已格式化的SD卡進(jìn)行讀寫文件了。4.2FatFS文件系統(tǒng)移植移植前工作在移植FATFS文件系統(tǒng)之前，我們先要到FAT的官網(wǎng)獲取源碼，版

38、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文件夾里面是一些使用文檔，src里面是文件系統(tǒng)的源碼。圖4-1FATFS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，我們在移植這個(gè)文件系統(tǒng)的過程中會盡量保持文件系統(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

39、項(xiàng)，來滿足自己的需求。接下來我們介紹幾個(gè)重要的配置選項(xiàng)。1）_FS_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TinyFATFS），有了這個(gè)選項(xiàng)之后，兩者整合在一起了，使用起來更方便。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。桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 頁共24頁3）_USE_STRFUNC。這個(gè)用來設(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)

40、置這里為1。4）_USE_MKFS。這個(gè)用來定時(shí)是否使能格式化，本章需要用到，所以設(shè)置這里為1。5）_USE_FASTSEEK。這個(gè)用來使能快速定位，我們設(shè)置為1,使能快速定位。6）_CODE_PAGE。這個(gè)用于設(shè)置語言類型，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)置是否支持長文件名（還需要_CODE_PAGE支持），取值范圍為03。0，表示不支持長文件名，13是支持長文件名，但是存儲地方不一樣，我們選擇使用3，通過ff_memalloc函數(shù)來動態(tài)分配長文件名的存

41、儲區(qū)域。8）VOLUMES。用于設(shè)置FATFS支持的邏輯設(shè)備數(shù)目，我們設(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。下面我們來講講FATFS的移植，F(xiàn)ATFS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

42、定義的一致，所以此步，我們不需要做任何改動。第二步，關(guān)于ffconf.h里面的相關(guān)配置，我們在前面已經(jīng)有介紹（之前介紹的9個(gè)配置），我們將對應(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)镕ATFS模塊完全與磁盤I/O層分開，因此需要下面的函數(shù)來實(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測試及結(jié)果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IAREWARM,ADS,KEIL，WINARM，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

43、開發(fā)環(huán)境無縫連接,操作方便、連接方便、簡單易學(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)過功能和老化測試，功能完全與原版一致，支持在線升級。J-LinkARM主要特點(diǎn)：IAREWARM集成開發(fā)環(huán)境無縫連接的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

44、,通過DCC最高可達(dá)800kB/s*最高JTAG速度12MHz。目標(biāo)板電壓范圍1.2V3.3V。自動速度識別功能。監(jiān)測所有JTAG信號和目標(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-LinkTCP/IPserver，允許通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)使用J-Link支持的內(nèi)核：ARM7TDMI（Rev1）；ARM7TDMI（Rev3）；ARM7TDMI-S（Rev4）；ARM720T；CORTEXM3。現(xiàn)象及結(jié)果給硬件系統(tǒng)供電（5V），插上JLINK，插上串口線

45、（兩頭都是母的交叉線），插上MicroSD卡，打開超級終端，配置超級終端為1152008-N-1,將編譯好的程序下載到硬件平臺，即可看到超級終端打印出如下信息：圖5-1測試效果圖6結(jié)論很多單片機(jī)系統(tǒng)都需要大容量存儲設(shè)備，以存儲數(shù)據(jù)。目前常用的有u盤，F(xiàn)LASH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，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ARMCotex-M3內(nèi)核的嵌入式處理器STM32自帶的SDIO硬件接口來驅(qū)動SD卡

46、，并結(jié)合文件系統(tǒng)FATFSR0.07C來完成一個(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。通過本實(shí)訓(xùn)，我更加掌握了嵌入式ARMSTM32的外圍應(yīng)用設(shè)計(jì)以及SD卡的驅(qū)動和文件系統(tǒng)的使用方法。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,

47、是你們的幫助,讓我對本設(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頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)(論文)報(bào)告用紙第20頁共24頁參考文獻(xiàn)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.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.王福瑞等.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全M.北京航空航天大學(xué)出版社,1998(331337).寧改娣，楊拴科.DSP控制器原理及應(yīng)用M.科學(xué)出版社，2002.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

48、社，2005.1.周立功等.ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.1.唐清善.ProtelDXP高級實(shí)例教程M.中國水利水電出版社，2004.4.羅浩等.一種新的基于ARM的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006.4.秦偉等基于ARM處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.自動化技術(shù)與應(yīng)用.2006年第1期.杜春雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程清華大學(xué)出版社，2003.李寧.ARM開發(fā)工具RealViewMDK使用入門M.北京航空航天大學(xué)出版社,2008.李寧.基于MDK的STM32處理器開發(fā)應(yīng)用M.北京航空航天大學(xué)出版社,2008.劉黎明等.單片機(jī)與嵌入式系

49、統(tǒng)應(yīng)用J.英文刊名MICROCONTROLLER&EMBEDDEDSYSTEM.2002(7).趙葵銀，王輝，吳俊.電壓空間矢量控制的三相PWM整流器的研究J上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003(2):43-50.MalinowskiMariusz.JasinskiMarek,KazmierkowskiMarianP.SimpleDirectPowerControlofThree-PhasePWMRectifierUsingSpace-VectorModulationJ.IEEETransactionsonIndustrial,Electronics,2004,51(2):447-454.桂林電子科

50、技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 頁共24頁桂林電子科技大學(xué)實(shí)訓(xùn)（論文）報(bào)告用紙第 頁共24頁1.電源部分：附錄一硬件原理圖2.STM32處理器部分：MCU心川就|廣rCt-nftr陀IJjCfrfcST3.SD卡部分：PCP-SDIO-Dl宀丨FA：iZ.i：:-paKE?t7iw沁mi4.串口通信部分:PAMM爐U&AJtnCTS/ADCliiINC/nMSCHlnKQCH1ETR/mAETRPAiADCU*iN4PAS.ariraaccwroltvadcu_1HsPMHPl廠MISiynKSlBKIHAfJCllNbTIKaCHliTIMlHILISPAAUSAR：lCK/nMICHITD(

51、ZnMlRTR.IJSBrAliJTMSSiMJKlpAHTrcx.swajcPAiAJTDMHJY&M1&3MSPBOfADCi：NVTIMJCH3OIM&CHIXIMICH2NPBI.jCjCirN*T7M3_CH4.TIMfCHJKCTMl-CHiWFRiBoarfrBkjnMyntACsr*9usexxmck/hmzchxshjsckpB*.wmisT5PuMscyriMiaiLSpiiaaoPRS.ttCISMRWUM7J8L4S3SD/TBiJCHMHIM0&3fikccFsa.nauCKiABAAfitxPWJUCrsn*.FSM?NAnV.*m4nCMblBAR7iRXPWXTMCH4.SDK)DS12CISTMkCANTXFBitrtJcftxtoqaoPBIl42C28CWVltSJTrRXTMTCHFBiispnNSMa:smr