基于SoPC和NIOS II的SD卡文件系统的设计

作者：时间：2013-04-22 来源：网络收藏

2 驱动程序的设计
SD卡处于SPI模式的驱动主要包含有：
(1)SPI底层的操作，SPI的命令和数据块都是以8个比特为单位进行分组和发送的。
(2)关于CMD的操作，主要有SD卡的初始化以及SD卡的读写，先发送命令然后再发送CRC校验。
(3)CRC校验使用NIOSⅡ来解决这个问题：NIOSⅡ软件架构建立在硬件抽象层HAL(Hardware Abstraction Layer)之上，HAL为NIOS软件开发者提供了编程接口、底层的设备驱动、HAL API、和C标准库等资源，表1为系统整体的架构示意。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/189630.htm

HAL的系统库为NIOSⅡ软件设计人员提供了应用程序与底层硬件交互的设备驱动接口，简化了应用程序的开发。HAL系统库也为应用程序与底层硬件驱动划分了一条清晰的分界线，提高了应用程序的复用性，使得应用程序不受底层硬件变化的影响。
SD卡的上电初始化过程可以分成以下5个步骤：
(1)适当延时等待SD就绪；
(2)发送74+个spi_clk，且保持spi_cs_n=1 spi_mosi=1；
(3)发送CMD0命令并等待响应R1=8’H01，将卡复位到IDLE；
(4)发送CMD1命令并等待响应R1=8’H00，激活卡的初始化进程；
(5)发送CMD16命令并等待响应R1=8’H00，设置一次读写BLOCK的长度。
SD卡的数据读取操作也大致可以分为以下步骤：
(1)发送命令CMD17；
(2)接受读数据起始令牌0xFE；
(3)读取512 B数据以及2 B的CRC。
借助于NIOSⅡ可以软件编写最底层的SPI操作函数来实现上述复杂的步骤：
extern INT8U SPI Sendbvte(INT8U data)
extern INT8U SPI_Recibyte(void)
上面分别是SPI发送1 B以及接收1 B，这2个函数的使用需要调用SoPC中的SPI核中的库函数，然后是SD卡的初始化和读写函数：
初始化： extern int SD_Reset(void)；
读一扇区：extern inI SD_ReadBlock(INT32Ublockaddr，INT8U*recibuf)；
写一扇区：extern int SD_WriteBlock(INT32Ublockaddr，INT8U*sendbuf)；
通过这些代码，可以一步步的向SD卡发送CMD指令，使其复位，激活成SPI模式，并设置块大小为512 B。

3 文件系统的设计
若读写操作都是以扇区为单位，SD卡仅相当于FLASH。为了管理SD卡中的数据，并方便在Windows系统中访问SD卡中的数据，就必须将SD卡中的数据有效组织起来，以文件的形式进行存储和访问，可以给SD卡创建一个文件系统，常见的是微软公司推出的FAT16和进化版FAT32。
FAT存储原理：FAT16由6部分组成，首先是引导扇区(DBR)，引导扇区(DBR)即操作系统引导记录区，通常占用分区的第0扇区共512 B。在512 B中，又由跳转指令、厂商标志、操作系统版本号、BPB、扩展BPB、OS引导程序、结束标志几部分组成。如图3所示，根文件夹紧跟着的是FAT表(FAT1，FAT2，FAT2是FAT1的备份)，FAT表是FAT16文件系统用来记录磁盘数据簇链结构的，FAT中磁盘空间按照一定数目的扇区为最单位进行划分，这种单位称为簇，一般每扇区分为512 B，而簇的大小是2n(n为整数)个扇区，所以簇的大小一般是512 B，1 KB，2 KB，4 KB等，一般不超过32 KB。以簇为单位的原因是扇区太小，如果用扇区的话对大文件的存取会消耗很多资源，增加FAT表的项数，这样文件系统的效率就非常低。