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深圳pcb抄板ARM9的SD/MMC卡控制器ASIC設計方案

2012年06月07日08:55

    如今多媒體數碼產品的迅猛發展,其中,各種音頻視頻等功能的不斷增強,使得系統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,快速的數據傳輸速率,加上極大的移動靈活性和更高的安全性已經成為閃存市場的標準,其廣泛應用于手機,MP3,MP4,掌上電腦等各種產品中。可見,其已經成為面向便攜式數碼電子產品的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卡的規范,利用Verilog HDL實現了符合該規范的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據存儲卡。SD卡向下兼容MMC卡。
    兩者基本特性相同,只是在數據接口以及傳輸模式上有一些區別:SD卡的數據線為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。pcb抄板其總線包括時鐘線CLK,命令線CMD,數據線DAT3-DAT0(MMC卡只有DAT0)等。上電后,控制器必須按一定的總線協議傳輸命令給卡,使其初始化。總線上一共有三種數據格式:命令包,響應包,數據包。由于在傳輸中數據和命令均有可能出錯,命令帶有7位的CRC校驗碼,數據帶有16位的CRC校驗碼。
    控制器對卡進行讀操作時,將接收到的串行數據(可能是比特流,也可能是多塊)轉換為并行數據,存入FIFO。寫操作也是相同的,控制器將并行數據從FIFO里面取出,串行發出。
    SD/MMC卡的工作時鐘來源于控制器,對卡的命令或數據傳輸等一系列操作均要與該時鐘同步。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/響應以及數據讀寫的正常工作,并針對命令和數據進行CRC校驗,中斷的及時產生和清除。
    2 控制器設計與實現
    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,系統架構為AMBA總線。電路板克隆在設計中,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。
    圖1 SD/MMC控制器結構
    接口模塊實現與ARM的APB總線相連接,通

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