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(多图) 基于嵌入式系统的多媒体存储卡接口设计

来源:国外电子元器件 /高美珍?? 2008年03月18日 ?? 收藏0

  嵌入式系统由于本身存储容量的限制,急需扩展外存,多媒体卡(MMC)就是解决外存扩展的一个很好的方案。

  多媒体卡在多媒体领域广泛用作外部存储介质,但是大多数微处理器(MCU)并没有专门的多媒体卡控制器,多媒体卡的串行外设模式给了不具有多媒体卡控制器而需要读写多媒体卡的微处理器另一种选择,串行外设接口协议是广泛支持的总线协议,它通过串行外设接口总线与多媒体卡相连。本文介绍了MMC卡的工作原理和多媒体卡的串行外设接口协议(SPI)模式,给出了微处理器与MMC卡的接口电路、程序流程图及部分程序代码。

  1 MMC(多媒体卡)简介

  MMC卡(Multimedia Card)是由美国SanDisk公司和德国西门子公司在1997年共同开发研制的一种多功能、体积小巧而容量大的快闪存储卡。1998年1月十四家公司联合成立了MMC协会(Multi-Media Card Association简称MMCA)。MMC卡的发展目标主要是针对移动电话、数码相机、数码摄像机、MP3音乐、PDA、电子书、玩具等产品。MMC卡在一定程度上改善了CF卡读写速度较慢的缺点,并且体积轻巧,抗冲击性强,可反复读写30万次左右。MMC卡4.0标准提供了更宽的数据带宽和更快的传输速率,并支持双电压操作模式。MMC存储卡还具备存储区纠错能力和低功耗特性,如果在5 ms内没有接收到命令控制字,MMC卡会自动转入休眠状态,MMC卡同时还支持热插拔。

  MMC存储卡可以分为MMC和SPI两种工作模式,MMC模式是MMC卡的标准默认模式,具有MMC的全部特性。而SPI模式则是MMC存储卡可选的第二种模式,这个模式是MMC协议的一个子集,主要用于只需要小数量的卡和低数据传输率的系统,这个模式可以把设计成本减到最小,但性能不如MMC工作模式。

  2 MMC的结构及工作原理

  2.1 MMC卡的引脚及功能

  MMC卡通常设计为一种低成本的数据平台和通讯介质,目前MMC存储卡的容量可达2 GB。它的接口设计非常简单:MMC卡采用7针的接口(如图1所示),低成本的串行总线时钟频率可达20MHz,MMC的工作电压为2.7 V~3.6 V,写/读电流只有27 mA和23 mA。它的读写模式包括流式、多块和单块。最小的数据传送是以块为单位的,缺省的块大小为512字节。

MMC卡采用7针的接口

  MMC读写接口机可在MMC和SPI两种通信协议下工作,MMC是MMCA协会开发的高性能三线制通信协议,即图l中的CMD、CLK和DAT三根线,可寻址64 000张MMC卡,单个物理寻址可叠放30张卡,支持顺序读/写、单/多数据块读/写操作,MMC工作模式是MMC卡默认的通信协议。SPI协议作为MMC卡的可选协议,工作效率不及MMC协议,但SPI协议简单易用、兼容性好、便于嵌入式系统连接使用。表1是MMC卡使用SPI协议时的引脚定义。

MMC卡使用SPI协议时的引脚定义

  2.2 MMC卡的内部逻辑结构及功能

  MMC卡的内部逻辑结构可分为四部分:MMC/SPI通信协议接口、单芯片控制器、数据闪存模块、控制线和数据线。MMC/SPI接口实现与主控制器的通信;单芯片控制器完成接口协议、数据存储检索、纠错码算法、故障判断处理、电源管理和时钟控制等功能;数据闪存模块可以实现整个存储区空间的单字节访问;控制线和数据线可以实现单芯片控制器与数据闪存模块的访问。

  2.3 MMC/SPI通信协议

  MMC卡上电后,以默认方式进入MMC协议模式,如果要转入SPI协议模式,还需要进行协议模式切换。如果要从SPI协议模式转入MMC协议模式,则只能切断电源后重新通电,本设计采用SPI通信协议。

  2.4 MMC卡的文件系统

  MMC卡的文件格式定义并不包括在系统规范内,不过为了提高资料的交换性,还是定义了三种基本的文件系统,其中除了不带分区的DOS-FAT文件系统和类似硬盘带分区的文件系统外,开发者还可以定义自己独特的文件系统。这些定义同样使得MMC卡具有广泛的操作平台(如DOS、Windows系统)支持性。


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