基于FPGA的MicroSD卡控制器研究.pdf

1、在自動(dòng)化測(cè)試與控制設(shè)備研發(fā)中，隨著數(shù)據(jù)信息量越來(lái)越大，而設(shè)備也越來(lái)越輕巧便攜，對(duì)大容量、高速率、小體積的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)需求也越來(lái)越迫切。傳統(tǒng)的存儲(chǔ)媒介技術(shù)成熟，但是也存在容量、速率或者體積方面的缺陷，而 Micro SD卡具有容量大、體積小和速率高的優(yōu)勢(shì)，而且具備熱插拔、寫(xiě)保護(hù)、數(shù)據(jù)加密等一些優(yōu)良特性，在消費(fèi)電子中得到普遍的應(yīng)用。本文以數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要硬件平臺(tái)FPGA為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了基于FPGA的Micro SD卡控制器，將 Micro

2、SD卡的大容量、高速率、小體積優(yōu)勢(shì)應(yīng)用到自動(dòng)化測(cè)試與控制系統(tǒng)中，以提供新的存儲(chǔ)方案。
　　本文以SD卡3.0規(guī)范為基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)了Micro SD卡控制器的SD總線4-bit模式邏輯設(shè)計(jì)和對(duì)UHS-I速度模式的支持。首先根據(jù)應(yīng)用需求及結(jié)構(gòu)清晰、使用方便和工作穩(wěn)定的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了Micro SD卡控制器的總體結(jié)構(gòu)，依據(jù)自頂向下的模塊化設(shè)計(jì)方法，將控制器的模塊分為物理層接口模塊、基本功能模塊和核心流程主控模塊三大類：物理層接口模塊分

3、為命令發(fā)送、響應(yīng)讀取、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)寫(xiě)入等模塊，實(shí)現(xiàn)與Micro SD卡通信的物理層功能；基本功能模塊主要實(shí)現(xiàn)控制器的功能管理，包括時(shí)鐘管理、CRC校驗(yàn)等基本功能模塊；核心流程主控模塊是整個(gè)控制器的控制中樞，根據(jù)用戶命令實(shí)時(shí)調(diào)用各個(gè)物理層接口模塊或者基本功能模塊完成數(shù)據(jù)讀寫(xiě)任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，著重實(shí)現(xiàn)了UHS-I速度模式下的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，包括電壓的實(shí)時(shí)切換、速度模式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采樣與同步及時(shí)序約束，其中主要采用了動(dòng)態(tài)相位調(diào)整技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)Micr

4、o SD卡的數(shù)據(jù)采樣與同步。最后本文以自底向上的測(cè)試方法，先對(duì)各個(gè)子模塊的時(shí)序仿真調(diào)試再聯(lián)合調(diào)試，并進(jìn)行了功能和指標(biāo)的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的基于FPGA的Micro SD卡控制器能夠支持SD卡3.0規(guī)范，支持最新的SDXC類型存儲(chǔ)卡（容量可達(dá)64G），支持SD總線4-bit模式，并支持該模式下的UHS-I速度模式，數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速率約為35MB/s，數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)過(guò)CRC校驗(yàn)，工作穩(wěn)定可靠。
　　本文所研究設(shè)計(jì)的MicroSD卡控