引言

　　如今多媒體數(shù)碼產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，其中，各種音頻視頻等功能的不斷增強，使得系統(tǒng)對于存儲介質的性能，容量，安全等方面的要求與日俱增。MMC卡和SD卡均是基于flash的存儲設備，近年來，它們以高存儲容量，快速的數(shù)據(jù)傳輸速率，加上極大的移動靈活性和更高的安全性已經(jīng)成為閃存市場的標準，其廣泛應用于手機，MP3,MP4,掌上電腦等各種產(chǎn)品中?？梢?，其已經(jīng)成為面向便攜式數(shù)碼電子產(chǎn)品的SOC芯片中通用的功能接口。

　　文章設計的SD/MMC控制器基于一款3G手機基帶芯片，其內核采用ARM926EJ，系統(tǒng)總線架構為AMBA，控制器連接到APB總線上。通過分析SD卡和MMC卡的規(guī)范，利用Verilog HDL實現(xiàn)了符合該規(guī)范的SD/MMC卡控制器IP核，該IP在SMIC的0.13um標準單元工藝庫下對模型進行了綜合和優(yōu)化。

　　1 SD/MMC卡控制器工作原理

　　SD（Secure Digital）卡和MMC（Multi Media Card）卡是市面上常見的兩種數(shù)據(jù)存儲卡。SD卡向下兼容MMC卡。

　　兩者基本特性相同，只是在數(shù)據(jù)接口以及傳輸模式上有一些區(qū)別：SD卡的數(shù)據(jù)線為4根，而MMC卡只有1根；SD卡支持安全性保護；而MMC卡支持比特流傳輸（不限長傳輸，即必須接受到停止命令時才停止傳輸）。

　　控制器就是通過SD/MMC總線對SD/MMC卡進行初始化，讀，寫等一系列操作。其總線包括時鐘線CLK，命令線CMD,數(shù)據(jù)線DAT3-DAT0（MMC卡只有DAT0）等。上電后，控制器必須按一定的總線協(xié)議傳輸命令給卡，使其初始化?？偩€上一共有三種數(shù)據(jù)格式：命令包，響應包，數(shù)據(jù)包。由于在傳輸中數(shù)據(jù)和命令均有可能出錯，命令帶有7位的CRC校驗碼，數(shù)據(jù)帶有16位的CRC校驗碼。

　　控制器對卡進行讀操作時，將接收到的串行數(shù)據(jù)（可能是比特流，也可能是多塊）轉換為并行數(shù)據(jù)，存入FIFO.寫操作也是相同的，控制器將并行數(shù)據(jù)從FIFO里面取出，串行發(fā)出。

　　SD/MMC 卡的工作時鐘來源于控制器，對卡的命令或數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗胁僮骶c該時鐘同步。該時鐘可以通過控制器進行配置，以適應不同工作狀態(tài)中卡正常工作所需的不同時鐘頻率。需要注意的是，SD 卡的最大工作頻率是25Mhz，MMC 卡的最大工作頻率是20Mhz.

　　總之，控制器不僅要輸出合適的工作時鐘，還要完成對命令/響應以及數(shù)據(jù)讀寫的正常工作，并針對命令和數(shù)據(jù)進行CRC 校驗，中斷的及時產(chǎn)生和清除。

　　2 控制器設計與實現(xiàn)

　　2.1 模塊劃分

　　在整個SOC 中，我們這片TD 基帶芯片采用的是ARM926EJ-S 內核，系統(tǒng)架構為AMBA 總線。在設計中，將SD/MMC 卡控制器作為APB 的SLAVE 掛在APB 總線上，ARM 通過APB 總線來訪問和控制該模塊。本模塊主要分為接口模塊，CMD 控制模塊及DATA 控制模塊三部分。其結構框圖如圖1 所示。

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圖1 SD/MMC 控制器結構

　　接口模塊實現(xiàn)與ARM 的APB 總線相連接，通過該模塊，ARM 可以對相應寄存器進行讀寫，從而實現(xiàn)對本模塊和外部存儲卡的控制。其讀寫時序按照APB 總線讀寫時序，具體見文獻。

　　CMD 控制模塊主要發(fā)送和接收CMD 線上的信號?？刂破靼l(fā)送給卡的命令長度固定為48bit，而從卡接收到的響應長度不固定，有短應答（48bit）和長應答（136bit）之分。

　　其中，包含CRC7 的子模塊，不管是命令還是響應，均要用到CRC 校驗。

　　DATA 控制模塊主要是通過RXDATA 數(shù)據(jù)線接收數(shù)據(jù)，并通過TXDATA 發(fā)送數(shù)據(jù)。主要的數(shù)據(jù)傳輸方式有兩種：比特流數(shù)據(jù)傳輸和多塊數(shù)據(jù)傳輸，另外，該控制器還支持無響應包數(shù)據(jù)傳輸。為確保傳輸?shù)恼_，包含了CRC16 校驗的子模塊。

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