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基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

2020-01-16 10:00 次阅读

SD存储卡接口定义了两种通信模式,SD模式和SPI模式。分析了SD传输协议后,给出了一种SD模式设备接口的设计方案。该设计能够自动解析主机发送的命令并响应,与Flash控制器相连后可以对Flash进行读写操作。为了解决数据存取的时序问题,使用了数据缓存技术。FPGA验证表明,该接口能够被电脑识别为SD卡,达到了设计目标。

1、引言

SD卡(Secure Digital Card)是“安全数码存储卡”的简称,于1999年8月由美国SanDisk公司、日本东芝松下公司共同开发研制成功。随着数码产品的广泛使用,目前SD卡已经成为消费数码产品设备中最广泛的一种存储卡。在手机中,大量的安全增值业务设计就是通过SD接口实现的。SD物理层规范定义了两种可选择的通信协议:SD模式和SPI模式。

本文在研究了SD物理层规范的基础上,实现SD设备接口SD模式的前端设计,并进行了FPGA原型验证。

2、SD存储卡接口SD模式介绍的书写规则

SD卡与控制器之间通过以下9线连接:时钟CLK、命令CMD、数据D0~D3、电源VDD和两根地线VSS。其总线拓扑结构如图1所示。命令和响应在CMD线上传输,数据在D0(标准总线模式)或D0~D3(宽总线模式)线上传输。

SD卡的所有命令都是6字节长度。一个命令总是以起始位(0)开始,后跟传输方向位(1),接下是6位命令索引,然后是32位命令参数,CRC7校验位,结束位(1)。SD的响应分为R1、R1b、R2、R3、R6、R7六种,其中R1、R1b、R3、R6、R7为6字节长度。R2为17字节长度,用于读取SD卡的CID/CSD寄存器内容。一个响应总是以起始位(0)开始,后跟一个传输方向位(0)。除了R3响应类型,所有的响应都有CRC保护。以一个结束位(1)结束。SD数据传输以块为单位,每个块总是由数据起始位(0)、数据位、CRC16校验位和数据结束位(1)组成。

基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

图1 SD卡SD模式的总线拓扑结构

3、整体设计架构

本设计的一端为SD存储卡标准接口,与读卡器连接。为了使接口有通用性,另一端与Flash控制器连接,从而达到与不同型号Flash连接的目的。本设计是连接读卡器和Flash控制器的一个中间模块。能够对读卡器发送的命令进行解析并响应,通过Flash控制器对Flash进行读写操作。整体设计方案如图2所示。

基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

图2 设计方案

4、 结构设计

根据SD接口功能,将其进行详细的划分,由以下几个部分组成:命令收发模块,数据收发模块,状态控制模块和校验模块。SD模块结构如图3所示。

4.1 命令收发模块

该模块的结构如图4所示。命令接收与响应发送都是在命令线CMD上传输的,所以该端口为一个三态门,由输出使能信号En控制是否输出。命令接收时,首先检测命令起始位,检测到起始位后计数器开始工作。当接收完一个完整命令,发出接收完成信号End,分别得到移位寄存器中对应的命令索引,命令参数,命令校验。命令接收过程中,同时将数据传给CRC7校验模块,用于生成校验数据。响应发送时,模块根据状态控制模块给出的响应类型产生对应的响应内容,当接收到发送使能信号Start后,给出发送使能信号En,并将响应的内容通过移位寄存器发送出去。响应内容发送完成后给出响应完成信号Rsp_over。

基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

图3 模块结构

基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

图4 命令接收与响应模块

4.2 数据收发模块

该模块的结构如图5所示。数据线也是双向的。Width信号指明当前数据传输模式为标准总线模式或宽总线模式。Size信号指示每个数据块包含的字节数。该模块包含两个数据缓冲,接收缓冲RxFIFO和发送缓冲TrFIFO,数据缓冲位宽16比特,深度为256,这是因为数据块最大为512字节。数据接收状态时,首先检测数据起始位,检测到起始位后计数器开始工作。接收Size个字节的数据后,接收CRC16校验位,最后完成数据块接收,发出接收完成信号End。数据接收过程中,每接收16位数据给出写入信号Wr,将数据写入RxFIFO。如果RxFIFO满,给出Busy信号,主机进入数据发送等待。数据发送状态时,接收控制器收到Start信号后,开始发出Rd信号读取TrFIFO数据,并将数据传给移位寄存器,使能数据输出控制信号Out_en,移位寄存器根据数据传输模式将数据输出。

基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

图5 数据收发模块

4.3 状态控制模块

根据接收模块传送的命令编号产生与之对应的命令响应类型,进一步解析接收模块传送的命令参数。工作过程共有9个状态,状态间的转移关系如图6所示。接收到CMD0命令后都会从其它状态进入到空闲状态。

基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

图6 状态转移

4.4 校验模块

CRC7负责校验命令收发模块中的命令和响应;CRC16负责校验数据收发模块中的数据。

5、 验证与测试

开发测试平台使用的是Altera的CycloneII系列FPGA开发板。开发板上有一个SD接口。测试平台的实物如图7所示。开发板可以通过一个PCB板SD接口与电脑SD接口连接,利用电脑对设计进行验证。

基于FPGA技术实现SD模式设备接口的设计方案

图7 测试平台

在硬件调试过程中,采用内嵌式逻辑分析仪(SignalTapII)来采集相应的数据波形。图8是采集到的识别SD卡命令与响应波形图。从图中可以看出,该设计可以正确响应主机命令,完成识别过程。

图9中虚线所圈是将设计下载到FPGA开发板,与电脑相连接后被识别为SD存储卡标记,可以看出该设计可以被电脑正确识别。

6、结束语

本文实现了一种SD存储卡接口SD模式IP核的设计与实现。该设计能够对主机命令进行自动解析和回复,与Flash控制器连接后可以直接对Flash进行读写操作。对该设计进行FPGA功能验证,能够被电脑识别为SD接口,从而说明的设计的正确性和实用性。利用SYNOPSYS公司的EDA工具对该模块进行综合,并进行时序和面积的优化,在SMIC0。18μm工艺下最大工作频率为100MHz,整个设计综合后为0.6万门。

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图8 通信过程

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图9 电脑识别

责任编辑:gt

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MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

MAX25612高压LED控制器是一款单通道高亮度LED (HB LED) 驱动器,适用于汽车前灯应用。这些应用包括远光灯、近光灯、日间行车灯 (DRL)、转向指示灯、雾灯和其他LED灯。该器件的输入电压范围为5V至48V,可以驱动一个LED灯串,最大输出电压为65V。MAX25612是完全同步型器件,适合需要同步整流的升压和降压-升压应用,可提供大于90%的效率。 MAX25612可检测LED灯串高侧的输出电流。需要进行高侧电流检测,以防止输出端到接地或电池输入端发生短路。该器件也是用于驱动LED的最灵活方案,支持升压、高侧降压或降压-升压模式配置。PWM输入提供高达5000:1的LED调光比,ICTRL输入在MAX25612中提供额外的模拟调光功能。MAX25612还包括一个FLT标志,用于指示灯串开路、灯串短路和热关断。MAX25612还支持内置扩频调制,以提高电磁兼容性能。 特性 集成度高,可最大限度地减少BOM、降低成本 +5.0V至+48V的宽输入电压范围和+65V的最大升压输出 集成pMOS调光FET驱动器 用于模拟调光的ICT...
发表于 10-28 14:57 104次 阅读
MAX25612BATP/VY+ MaximIntegrated MAX25612高压LED控制器

EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板

oelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板设计用于演示HVLED002控制器。HVLED002控制器管理主要由D1、L1和Q1组件组成的反向降压电路,能够提供大约700mA作为最大LED负载电流。外部0V至10V信号专门用于管理调光输出LED电流(最大值的1%至100%),具有模拟 (100%至10%) 和PWM (10%至1%) 控制功能。需要15V辅助电压才能为HVLED002控制器上电。 特性 VIN - 48VDC至60VDC;VAUX - 15VDC输入电压 LED输出电压:24VDC至48VDC LED输出电流:700mA(最大值) 调光:1%至100% 低于50mW(60VIN时)直流无负载 效率 满载:>97% >95%(负载超过20%时)(模拟#...
发表于 10-21 11:24 89次 阅读
EVAL-IBD002-35W STMicroelectronics EVAL-IBD002-35W控制器评估板

EVAL6227PD EVAL6227PDL6227 DMOS双路全桥驱动器 PWM电流控制器评估板

发表于 05-20 23:05 73次 阅读
EVAL6227PD EVAL6227PDL6227 DMOS双路全桥驱动器 PWM电流控制器评估板

STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A数字控制器100瓦LED路灯照明评估板

STLUX385A数字控制器 高效率(92%) 初级侧控制 高达100瓦上(100伏,1 A或0.5 A 200 V) 适于LED连接单个隔离输出 宽输入电压范围:90 V至265 V AC 在STEVAL-ILL066V2评估板是一个完整的和可配置的解决方案,有效地控制使用STLUX385A数字控制器的单个,可调光,高亮度LED串。
发表于 05-20 23:05 108次 阅读
STEVAL-ILL066V2 STEVAL-ILL066V2使用STLUX385A数字控制器100瓦LED路灯照明评估板

ST23L48A ST23L48AST23联系安全MCU具有48 KB的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt加密处理器

型8位/ 16位ST23 CPU核心的16兆字节线性寻址存储器 用户的ROM 390千字节 用户RAM的6个字节 2千字节NESCRYPT RAM的 48个字节用户EEPROM,包括128个字节的用户OTP区的 30年的数据保存在25℃下 在25℃下500000次擦/写 1到64字节擦除或编程在1.5毫秒 工作温度:-25°至+ 85°C 增强NESCRYPT加密处理器,用于公共密钥加密 FIPS PUB 197兼容的AES加速器 使用看门狗和中断3个8位的定时器能力 ST23L48A设备是串行存取微控制器定制设计的用于安全智能卡应用程序。...
发表于 05-20 22:05 132次 阅读
ST23L48A ST23L48AST23联系安全MCU具有48 KB的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt加密处理器

ST23YR48 ST23YR48ST23双接口安全MCU用48千字节的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt密码处理器 RF B型(非接触式ID-护照/ PKI)

特性 增强型8位/ 16位ST23 CPU核心的16兆字节线性寻址存储器 390个字节用户ROM 6字节用户RAM 2千字节NESCRYPT RAM 48个字节用户EEPROM包括128个字节的用户OTP区: 30年的数据保存 1到64字节擦除或编程在1.5毫秒 增强NESCRYPT加密处理器,用于公共密钥加密 硬件安全增强DES加速器 与看门狗和中断能力三个8位定时器 3V和5V电源电压范围 外部时钟频率高达10 MHz 高性能 CPU时钟频率高达29 MHz的 省电待机状态 联系分配与ISO / IEC兼容:通过提供7816-3标准 异步收发器(IART),用于高速串行数据支持(ISO / IEC 7816-3和EMV™兼容) ESD prote ction大于5千伏(HBM)用于接触焊盘和4千伏用于非接触垫 接触设有 与ISO / IEC 14443个类型B标准的要求 13.56MHz载波频率 RF帧至多512字节 RFUART(RF通用异步收发器)高达848千位/秒 0.5千字节专用RFUART RAM BPSK - NRZ负载调制(卡到读取器) 8%至14%幅度调制的接收(读取器到卡)作为最小的范围 通过CPU的时钟频率高达设置到29兆赫加上时钟频率增强的RF性能分频器 安全性...
发表于 05-20 22:05 170次 阅读
ST23YR48 ST23YR48ST23双接口安全MCU用48千字节的EEPROM 增强的安全性和Nescrypt密码处理器 RF B型(非接触式ID-护照/ PKI)

STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

ernal resistor necessary for driver output (P-channel open drain + pull down resistor output) General purpose input port (4 bits) Many display modes (11 segments & 11 digits to 16 segments & 4 digits) Dimming circuit (eight steps) Key scanning (6 x 4 matrix) LED ports (4 chs, 20mA max) Serial interface (CLK, STB, DIN, DOUT) High-voltage output (VDD- 35V max) The STM86312 is a VFD (Vacuum Fluorescent Display) controller/driver that is driven on a 1/4 to 1/11-duty factor. It consists of 11-segments output lines, 6 grid output lines, 5 segments/grid output drive lines, a display memory, a control circuit, and a key scan circuit. Serial data are input to the STM86312 through a three-line serial interface. This VFD controller/driver is ideal as a peripheral device for a single-chip microcomputer....
发表于 05-20 20:05 254次 阅读
STM86312 STM863121/4至十一分之一占空比VFD控制器/驱动器

PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

尔® VR13 6 + 1相紧凑数字控制器 VR13符合25MHz的SVID总线rev.1.7 高性能数字控制回路(数字STVCOT™) 专有自动调谐技术 通过PMBus的完全可配置的™ AutoDPM - 自动动态相位管理 远程感; 0.5%Vout的精度与校准 使用校准 在PM6776是被设计为功率英特尔VR13处理器的高性能数字双控制器电流监测信号:所有所需的参数是通过PMBus的™接口编程。
发表于 05-20 19:05 217次 阅读
PM6776 PM6776带有PMBus 6 + 1的双通道数字VR13多相控制器™

EV-VNH7070AY EV-VNH7070AYVNH7070AY评估板

的单IC应用板专用于VNH7070AY 提供电连接和热散热,易于成型 EV-VNH7070AY为您提供了一种简单的方法,以ST的VIPower M0-7 H桥驱动器连接到现有的原型电路。该评估板自带预装配有VNH7070AY H桥。电气元件的车载最小设定(作为用于设备数据表建议)使用户能够直接连接的负载,在电源与所述微控制器在没有外部部件的设计和连接的任何额外的努力。
发表于 05-20 18:05 83次 阅读
EV-VNH7070AY EV-VNH7070AYVNH7070AY评估板

STSW-STPM003 STSW-STPM003为STM32F4探索套件和EVALSTPM32三相固件实现

4个STPMs计量 用于保存参数EEPROM支持(可选) USB虚拟Com端口(VCP),用于支持GUI和LabTools Minishell(命令行分析器),用于通过USB发送命令 在UART或SPI STPM通信 STM32处理程序和驱动程序支持基于立方MX 使用STPM3x和STM32F407装置中的固件实现的三相应用的开发。它已经开发了基于STM32F407VGT与EVALSTPM32接口的STM32F4发现套件,但它可以很容易地移植到其它微控制器。
发表于 05-20 15:05 58次 阅读
STSW-STPM003 STSW-STPM003为STM32F4探索套件和EVALSTPM32三相固件实现

STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件

包STM32微控制器ARM ®皮质® -M0 +和ARM的Cortex-M3 符合STM32Cube开发框架 在其他STM32平台便携式 基于RS-485通信的PC接口 通信层用于交换主站和传感器节点 传感器配置和传感器数据采集 快速傅立叶变换(FFT)运算,以评估振动谱 此试剂盒包括用于一个完整的固件版本STEVAL-IDP004V1和STEVAL-IDP003V1评估板,以促进在配置中,数据交换和处理方面的系统管理。它是基于STM32CubeHAL库,并使用功能强大的STM32CubeMX工具来配置微控制器和更新而不会丢失数据的创建工作区。...
发表于 05-20 15:05 113次 阅读
STSW-IO-LINK STSW-IO-LINKIO-Link的演示套件固件

STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B

固件实施例来构建应用程序状态监测和预测性维护基于三维数字加速度计,环境和声学MEMS传感器 中间件包括算法为先进的时间和频率域信号处理振动分析 可编程FFT大小(512,1024或2048点) 可编程FFT平均和重叠 可编程窗(平顶,汉宁,汉明) 速度RMS均线,加速度最大峰值 中间件集成麦克风算法: PDM到PCM 声压 音频FFT 固件包STM32F469AI开发了在不同的微控制器系列便于携带 PC数据监视通过任何游离终端模拟器 示例示范固件STEVAL-IDP004V1 IO-Link的主功能的多端口评估板和DE通信dicated PC GUI 特殊STSW-BFA1PREDMNT状态监测固件配置成与STSW-IDP4PREDMNT相互作用,并且允许经由STM32MP157C-DK2网关数据上传至云。 在固件包旨在帮助您开发基于状态监测的工业预测性维护解决方案。...
发表于 05-20 14:05 36次 阅读
STSW-BFA001V1 STSW-BFA001V1软件包STEVAL-BFA001V1B

STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货

包与应用实例的二进制为STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源输送适配器。 应用固件基于所述认证X-CUBE-USB-PD软件设计的ARM ® 32位皮质® -M0 STM32F051 MCU和PD3.0认证STUSB1602A C型控制器。 在STSW-USBPD45CFW软件包被设计为支持STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型电源输送适配器参考设计。
发表于 05-20 13:05 68次 阅读
STSW-USBPD45CFW STSW-USBPD45CFWSW包STEVAL-USBPD45C 45瓦USB C型™电源适配器发货

STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件

62A IO-Link通信收发器装置IC集成在STEVAL-IOD003V1评估板的管理驱动程序层 GPIO和IRQ的配置 用于接收和发射I / Q信道控制 故障中断处理 用于控制L6362A设备 易于在不同的微控制器系列可移植性示例应用程序,这要归功于STM32Cube 自由的,用户友好许可证条款 在STSW-IOD003是用于STEVAL-IOD003V1评估板它集成了L6362A IO-的评估软件链路收发器设备。
发表于 05-20 13:05 87次 阅读
STSW-IOD003 STSW-IOD003基于STM32Cube L6362A的IO-Link通信收发器设备IC评估软件

EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板

压范围:90至265 VAC 最小线频率(f →):47赫兹 稳压输出电压:400伏 额定输出功率:100W 最大2F →输出电压纹波:20 V峰峰值 保持时间:10毫秒(V DROP 后保持时间:300 V) 最小开关频率:40千赫 最低估计效率: 92%(@ V 在 = 90 VAC,P OUT = 100 W) 最高环境温度:50℃ PCB类型和大小:单面为35μm,CEM-1,90×83毫米 此演示板是基于新的过渡模式PFC控制器L6564H和器具100 W,宽范围的电源输入,PFC预调节器适用于镇流器,适配器,平面屏幕显示器,并且所有具有SMPS以满足IEC61000-3-2或JEITA-MITI法规。...
发表于 05-20 12:05 132次 阅读
EVL6564H-100W EVL6564H-100W基于所述L6564H 100瓦过渡模式PFC预调节器演示板

STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面

RS232端口连接与微控制器 自动COM连接 L9177A SPI寄存器读取和写入 能够生成可编程durationactuations 可能性控制L9177A并行致动。 在STSW-L9177A是一个图形用户界面(GUI),其允许以初始化并通过SPI协议改变参数控制EVAL-L9177A评估板,管理并行PWM输入和读出的输出。该L9177A GUI已经使用Labview的开发和其使用,如微控制器接口,在SPC56M发现板。
发表于 05-20 12:05 170次 阅读
STSW-L9177A STSW-L9177AEVAL-L9177A图形用户界面