摘要：SD卡作為一種大容量、高性能的固體存儲設(shè)備廣泛應(yīng)用于各類嵌入式系統(tǒng)。目前基于嵌入式ReWorks系統(tǒng)的SD卡驅(qū)動研究還比較少。為實(shí)現(xiàn)SD卡在ReWorks平臺上的數(shù)據(jù)存取，本文以S3C2440為處理器研究了基于SD總線模式的SD卡初始化過程和讀／寫過程，并根據(jù)ReWorks系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和建立塊設(shè)備的工作流程，在ReWorks系統(tǒng)平臺上實(shí)現(xiàn)了的SD模式下的SD卡驅(qū)動程序。該驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)時ReWor-ks平臺的塊設(shè)備驅(qū)動開發(fā)以及其他系統(tǒng)平臺的SD卡驅(qū)動開發(fā)均有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：驅(qū)動程序；ReWorks；SD卡；嵌入式系統(tǒng)
SD卡(Secure Digital Memory Card)是由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月在MMC卡(Multi Media Card)基礎(chǔ)上共同研制而成的具有大容量、高性能、安全性好等特點(diǎn)的多功能存儲卡。由于SD卡通過9針的硬件接口與專門的驅(qū)動器接口相連接，不需要外接電源維持記憶信息，而且作為一體化固體介質(zhì)，沒有任何移動部件，所以不用擔(dān)心機(jī)械移動帶來的損壞。由于SD卡讀／寫速度快、移動靈活性好、安全性強(qiáng)，加之體積很小，SD卡被廣泛使用于嵌入式便攜移動裝置上作為嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，如：數(shù)碼相機(jī)、PDA和多媒體播放器等。SD卡用于ReWorks嵌入式系統(tǒng)，必須要開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動程序。
1 SD卡操作流程
SD卡具備SPI和SD兩種總線模式，這兩種模式下的卡的初始化過程和讀／寫過程各有特點(diǎn)，具體驅(qū)動程序的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)不同。SD卡有SD和SPI兩種通信模式，前者可獲得比后者更高的通信速率。在SD模式下的總線協(xié)議類似于問答方式，先由主機(jī)向卡發(fā)送CMD指令接著被尋址的卡做出響應(yīng)，根據(jù)接收的主機(jī)指令的不同，響應(yīng)幀內(nèi)容和長度也不同，具體有4種R1，R2，R3和R6，其中R1，R3，R6總長為48位，R2總長為136位，響應(yīng)幀格式如圖1所示。幀傳輸總是以高位開始，低位結(jié)束。本文采用SD總線模式對SD卡進(jìn)行操作。
1．1 SD卡初始化過程
在對SD卡進(jìn)行讀／寫操作前必須對卡進(jìn)行初始化，在卡的初始化過程中所有的主機(jī)與卡的通信都只走命令接口。在識別模式下主機(jī)對卡進(jìn)行軟復(fù)位，由卡發(fā)布RCA(Relative Card Address)地址，主機(jī)對其確認(rèn)，此后主機(jī)用RCA地址對相應(yīng)的卡進(jìn)行操作。上電復(fù)位或者發(fā)送CMD0可使SD卡進(jìn)入空閑模式(IdleState)，總線激活后，在SD模式下應(yīng)該用CMD55(APP_CMD)命令(其中RCA=0x0000)對卡進(jìn)行操作，以使卡將下一指令解釋為應(yīng)用指令即ACMD，再用ACMD41(SD_SEND_OP_COND)對卡進(jìn)行操作，卡對該指令的響應(yīng)將記錄在操作條件寄存器中，同時不兼容韻卡將進(jìn)入非活動狀態(tài)(Inactive State)，此后主機(jī)發(fā)出CMD2(ALL_SEND_CID)指令，獲取卡的識別編碼，獲取識別碼后，主機(jī)將發(fā)出CMD3(SEND_RE-LATIVE_ADDR)指令獲取RCA地址。以上為SD卡初始化的基本流程，此后主機(jī)將用RCA地址對卡進(jìn)行讀／寫操作，SD卡在SD模式下的初始化的詳細(xì)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。
1．2 SD卡讀／寫過程
卡的讀／寫過程是主機(jī)通過CMD物理接口向卡發(fā)出相關(guān)指令，對卡進(jìn)行讀或者寫操作，讀和寫操作都有單塊和多塊的區(qū)別，根據(jù)SD卡協(xié)議規(guī)范，在進(jìn)行讀／寫操作之前，先發(fā)送CMD16(SET_BLOCKLEN)命令來設(shè)置塊大小。實(shí)現(xiàn)單塊讀和寫操作分別用CMD17(READ_SINGLE_BLOCK)和CMD24(WRITE_BLOCK)命令，實(shí)現(xiàn)多塊讀和寫操作分別用CMD18(READ_MULTIPLE_BLOCK)和CMD25(WRITE_MUL TIPLE_BLOCK)命令。主機(jī)和SD卡之間通過FIFO管道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此讀和寫函數(shù)模塊中且在數(shù)據(jù)交換之前，必須要對FIFO進(jìn)行復(fù)位，通過對S3C2440的SD卡接口模塊中的SDI-FSTA寄存器操作即可完成FIFO復(fù)位。在對卡讀／寫的過程中必須要注意在進(jìn)行多塊讀和寫操作完成后必須用CMD12(STOP_TRANSMISSION)指令結(jié)束讀／寫操作，將卡轉(zhuǎn)入傳輸狀態(tài)(Transfer State)。
2 ReWorks平臺SD卡設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計
同其他操作系統(tǒng)一樣ReWorks抽象了對設(shè)備的處理。所有的硬件設(shè)備都像常規(guī)文件一樣看待，它們可以使用和操作文件相同的、標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用來打開、關(guān)閉和讀／寫。系統(tǒng)中的每一個設(shè)備都用一個設(shè)備文件代表。
在創(chuàng)建具體的SD卡設(shè)備之前必須要在內(nèi)存區(qū)中開辟一塊空間，實(shí)現(xiàn)形式為：dev_table=(SDCARD_DEV*)malloc(sizeof(SDCARD_DEV)*max_SD_devices)；SDCARD_DEV結(jié)構(gòu)體包含了block_device_operations結(jié)構(gòu)和SD卡相關(guān)屬性，block_device_operations結(jié)構(gòu)體如下所示：
該結(jié)構(gòu)體對于塊設(shè)備驅(qū)動程序來講非常重要。因?yàn)橛脩暨M(jìn)程通過設(shè)備文件同硬件打交道，對設(shè)備文件的操作方式不外乎就是一些系統(tǒng)調(diào)用，如讀／寫等。ReWorks中就是用block_device_operations這個關(guān)鍵的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)調(diào)用和驅(qū)動程序關(guān)聯(lián)起來的。
在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中每一個函數(shù)指針都對應(yīng)了一個系統(tǒng)調(diào)用，用戶進(jìn)程利用系統(tǒng)調(diào)用在對設(shè)備文件進(jìn)行諸如read／write操作時，系統(tǒng)調(diào)用通過設(shè)備文件的主設(shè)備號找到相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動程序，然后讀取這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的函數(shù)指針，接著把控制權(quán)交給該函數(shù)。該結(jié)構(gòu)體包含了塊設(shè)備操作所需的函數(shù)接口和必要的設(shè)備屬性。
空間開辟成功后，便向系統(tǒng)注冊設(shè)備，實(shí)現(xiàn)形式為：register_block_driver(SD_MAJOR，max_SD_devices，(block_ops*)dev_table，sizeof(SDCARD_DEV)，”SDdriver”，&ret_major)；其實(shí)就是向系統(tǒng)設(shè)備表中寫入相關(guān)信息，將上面開辟的SDCARD_DEV類型的內(nèi)存空間和所要創(chuàng)建的塊設(shè)備建立關(guān)聯(lián)，再對SDCARD_DEV類型的內(nèi)存空間進(jìn)行必要的初始化，為下面創(chuàng)建SD卡塊設(shè)備做好準(zhǔn)備。
接下來便是創(chuàng)建SD卡設(shè)備。ReWorks系統(tǒng)采用mknod創(chuàng)建塊設(shè)備，并使用主(major)和次(minor)設(shè)備編號來描述設(shè)備。函數(shù)原型如下：
int mknod(const char*pathname，mode_t mode，dev_t dev)；
其參數(shù)說明如表1所示。
在實(shí)際開發(fā)中的實(shí)現(xiàn)形式為：mknod(dev_name，S IFBLK|0777，MKDEV(SD_MAJOR，ram_minor))；
至此，SD卡塊設(shè)備的創(chuàng)建工作已經(jīng)基本完成。下面所要做的就是功能函數(shù)的編寫，首先用block_device_operations*pSdDev；聲明一個結(jié)構(gòu)體指針，再用實(shí)際對卡操作的函數(shù)名填充該結(jié)構(gòu)體如下：
pSdDev->bd_blkRd=SD_blk_Read；pSdDev->bd_blkWrt=SD_blk_Write；pSdDev->bd_ioctl=SD_Ioctl；
最后實(shí)現(xiàn)所有的對卡進(jìn)行實(shí)際操作的功能函數(shù)，如下：
至此，ReWorks平臺上SD卡驅(qū)動程序的總體結(jié)構(gòu)基本完成。項(xiàng)目中實(shí)際使用的主機(jī)控制器是S3C2440，在實(shí)際的開發(fā)中還需要按照前面描述的SD卡基于SD模式下的總線協(xié)議的操作流程，對卡進(jìn)行必要的初始化工作，主要是對S3C2440的SD卡接口寄存器按照一定的程序進(jìn)行操作，包括卡的波特率設(shè)置、工作模式設(shè)置、FIFO管道初始化、CMD命令控制寄存器的操作、對卡的響應(yīng)信息的解析、數(shù)據(jù)路徑編程和所有的過程所需的中斷控制寄存器的操作等工作。
3 結(jié)語
經(jīng)測試，在ReWorks嵌入式系統(tǒng)平臺上，利用系統(tǒng)建立塊設(shè)備的工作流程和關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建的SD模式下的SD卡驅(qū)動程序，很好地完成了對SD卡讀／寫操作的BSP層支持，數(shù)據(jù)讀寫安全可靠，已成功應(yīng)用于某控制系統(tǒng)。