SPI模式下MMC卡的讀寫機制

?多媒體卡MMC（MultiMedia Card）是由美國SanDisk公司和德國Simens公司于1997年共同開發的一種多功能Flash存儲設備。基于ARM7芯片LPC2200實現對MMC卡的讀寫。使用LPC2200的串行外設接口（SPI接口）對MMC卡進行控制，在SPI模式下對MMC卡進行數據的讀寫。

關鍵詞 MMC卡 LPC2200 接口設計 SPI接口

引言

　　多媒體卡MMC的特點是閃存功耗低,密度高,體積小,可靠性高,可擦除,可重寫,容量大；內置控制電路，可以使用在手機、數碼相機、MP3、PDA等多種數字設備上，可反復記錄30萬次；現在市場上的主流容量有128 MB~2 GB。

　　SPI最早是由Motorola公司提出的一種串行總線接口，支持MCU與外設的雙工、同步串行通信。由于其簡單的接口設計，只用4根線即可完成所有的通信工作，因此被大部分的MCU芯片所支持。利用被廣泛支持的SPI總線來進行MMC卡的讀寫，可解決沒有MMC控制器的問題。

1? MMC卡

1.1? MMC卡簡介

　　MMC卡的面積為24 mm×32 mm，厚度為1.4 mm。MMC卡的工作電壓為2.7~3.6 V，時鐘頻率范圍為0~20 MHz。為了支持廣泛的應用，MMC卡接口簡單（為7引腳），具有最大的可擴展性和可配置性。其中3腳為電源供應，數據操作通過4腳的串行總線完成。作為SPI設備，MMC卡的SPI通道由以下4個信號組成：CS(片選)，CLK(時鐘)，DateIn(主機到卡的數據信號)和DateOut(卡到主機的數據信號)。CS是MMC卡的片選信號線，在整個SPI操作過程中，必須保持低電平有效；CLK便于同步；DateIn不但傳輸數據，還發送命令；DateOut除了發送數據外，還傳送應答信號。

1.2? MMC卡的SPI協議

　　MMC存儲卡有MMC和SPI兩種工作模式。MMC卡上電后即進入MMC模式；當片選(CS)線被拉低時發送Reset(CMD0)指令會使MMC卡進入SPI模式。如果需要從SPI模式轉入MMC模式，只能切斷電源重新上電。

　　SPI協議是以主從方式工作的，這種模式通常有一個主設備和一個（或多個）從設備。SPI接口是一種通用同步串行接口總線，字長為8位，用來與外部設備進行通信。該接口在工作時，主設備通過提供移位時鐘和從使能信號來控制信息的流動。主設備的每次開始傳送任務時，都先將片選（CS）線置低以激活MMC卡，使其進入工作狀態。

　　MMC卡的SPI協議的特點主要有： 被選中的卡總是對來自于主設備的指令有所響應的；當卡遇到錯誤時，會返回一個出錯響應來代替期望的數據；指令的響應是一個8位或16位的結構；只支持單塊讀寫操作。塊的大小可以大到一個扇區(512字節)，小到1個字節。

2? 硬件電路設計

　　MMC卡既可以采用MMC總線訪問，也可以采用SPI總線訪問。大部分微處理器都有SPI接口而沒有MMC總線接口。如果采用I/O口模擬MMC總線，不但增加了軟件的開銷，而且對大多數微處理器來說，模擬MMC總線遠不如真正的MMC總線速度快，這將大大降低總線數據傳輸的速度。

　　基于以上考慮，可以采用LPC2200微處理器的SPI接口，設計訪問MMC的硬件接口電路。LPC2200是系統的核心控制器，它的主要作用是將數據發送至MMC卡內存儲。MMC卡的數據寫入是以塊為單位的，一塊為512字節，所以當RAM中存放了512字節數據時，LPC2200便將其一次性寫入MMC卡中。

　　LPC2200微處理器與MMC卡卡座接口電路如圖1所示，連接引腳如表1所列。

圖1? MMC卡SPI接口電路

表1? LPC2200與MMC卡卡座的連接引腳

3? SPI模式下MMC卡的讀寫實現

3.1? MMC卡初始化

圖2? MMC卡的初始化過程

　　在對MMC卡讀寫之前要進行初始化操作，這是確保MMC卡能在SPI模式下進行正常數據讀寫的前提。MMC卡上電后默認進入MMC模式，等待至少74個時鐘周期后，片選信號置低，發送CMD0。CMD0的命令索引位是000000，即發送命令字0x40、0x0、0x0、0x0、0x0、0x95。如果收到應答信號01H，則表示出錯。然后向MMC卡發送CMD1，CMD1命令索引位是000001。因為進入閑置狀態后CRC校驗默認關閉，故CRC校驗位可取任意值。收到正確的應答信號00H之后，MMC卡即進入SPI模式；如果收到應答信號不是00H，則重發CMD1直到收到正確的應答。初始化過程如圖2所示。

3.2? MMC卡塊讀寫

　　初始化完成后，可使用默認的讀寫長度(512字節)進行MMC卡的讀寫；也可用CMD16來設置MMC卡的塊讀取長度，可以是1~512字節之間的任意值。但是對MMC卡的寫過程則要求塊長度必須為512字節。MMC卡讀寫數據時使用的是絕對地址，即從0開始編號的32位地址，這里使用塊號來進行讀寫。塊號是從0開始編號的，且每塊的大小為一扇區（即512字節），故開始都必須將扇區號轉換成絕對地址。

（1） ?讀取數據塊向MMC卡發送CMD17，收到有效應答信號0x00后，開始接收數據。數據由數據起始令牌和數據塊組成，其中起始令牌值為0xFE。當收起起始令牌后，隨后接收數據塊。讀操作如圖3所示。

圖3? MMC卡的讀操作

（2） ?寫入數據塊向MMC卡發送CMD24，收到有效應答信號0x00后，開始發送數據。數據同樣由數據起始令牌（0xFE）和數據塊組成。寫操作如圖4所示。

圖4? MMC卡的寫操作

4? 小結

　　SPI總線接口簡單易用、兼容性好，使用SPI接口實現對MMC卡的讀寫操作是非常簡單有效的。用SPI接口可以實現每秒約1 MB的讀寫速度，而用MMC接口則可以達到每秒約3 MB的讀寫速度。雖然讀寫速度降低了一些，但是已經可以基本滿足讀寫速度的要求。