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MultiMediacard及其與單片機(jī)接口

時(shí)間:2023-02-20 23:49:07 電子通信論文 我要投稿
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MultiMediacard及其與單片機(jī)接口

摘要:MultiMediaCard是Sandisc公司推出的大容量串行Flash存儲(chǔ)卡,外形尺寸為32mm×24mm×1.4mm,質(zhì)量小于2g,7針引腳,便于開發(fā)設(shè)計(jì)小型的移動(dòng)數(shù)碼設(shè)備。本文重點(diǎn)介紹此類存儲(chǔ)器與PIC單片機(jī)的接口,給出實(shí)際的電路設(shè)計(jì)和軟件代碼示例。

    關(guān)鍵詞:MultiMediaCard 串行Flash存儲(chǔ)卡。校桑脝纹瑱C(jī) 接口

1 概述

Sandisc公司推出的大大容量串行Flash存儲(chǔ)器產(chǎn)品——MultiMediaCard(MMC),通常叫作多媒體卡。它的體積比SmartMedia還要小,(范文先生網(wǎng)www.panasonaic.com收集整理)不怕沖擊,可反復(fù)讀寫記錄30萬次,驅(qū)動(dòng)電壓2.7~3.6V,可變時(shí)鐘頻率范圍為0~20MHz,目前常見的容量為64MB/128MB。ATP Electrionics公司已經(jīng)率先推出了1GB的高容量MMC。除了體積小、壽命長、容量大等特性外,還具備存儲(chǔ)區(qū)糾錯(cuò)能力;低功耗;5ms內(nèi)沒有接收到命令字后,自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài);支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)。MMC可以格式化為FAT文件系統(tǒng),便于上位機(jī)讀寫。

2 MMC簡介

2.1 引腳排列及功能

根據(jù)存儲(chǔ)容量的不同,MMC有SMDB和SDMJ兩種構(gòu)成技術(shù)。SMDB即二進(jìn)制NAND技術(shù)(Binary NAND),16MB和32MB容量的MMC卡采用此技術(shù)。目前常用的64MB和128MB的MMC采用SDMJ,即MLC(Multi Level Cell)NAND技術(shù)。各容量的MMC卡,其外形尺寸及引腳排列相同,如圖1所示。

MMC讀寫接口可以在MMC和SPI兩種通信 協(xié)議下工作。MMC是由MMCA協(xié)會(huì)開發(fā)的高性能三線制通信協(xié)議,即CMD、CLK、DAT線,最大可尋址64000張MMC卡,單個(gè)物理地址可疊放30張卡,支持順序讀寫及單/多數(shù)據(jù)塊讀寫操作,是MMC卡默認(rèn)的通信協(xié)議。SPI協(xié)議為可選協(xié)議,工作效率不及MMC協(xié)議;但SPI協(xié)議簡單易用,兼容性好,便于和單片機(jī)連接使用。本設(shè)計(jì)采用SPI通信協(xié)議,下文將詳細(xì)介紹。

    2.2 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

MMC卡的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)可分為四部分:MMC/SPI接口、單芯片控制器、數(shù)據(jù)閃存模塊、控制線和數(shù)據(jù)線。MMC/SPI接口實(shí)現(xiàn)與主控制器的通信。單芯片控制器完成接口協(xié)議、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索、糾錯(cuò)碼算法、故障診斷處理、電源管理和時(shí)鐘控制功能。數(shù)據(jù)內(nèi)存模塊可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)存儲(chǔ)空間內(nèi)的單字節(jié)訪問,它不是簡單的字陣列,而是被分成了多種結(jié)構(gòu)。512個(gè)字節(jié)構(gòu)成1個(gè)扇區(qū)(sector)。根據(jù)MMC卡容量的不同,16或32個(gè)扇區(qū)構(gòu)成1個(gè)擦除族(erase group)。32個(gè)擦除族構(gòu)成1個(gè)寫保護(hù)族(write protect group)。此設(shè)計(jì)使MMC操作靈活,使用方便?刂凭和數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的訪問,其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 MMC/SPI通信協(xié)議

MMC卡上電后,默認(rèn)進(jìn)入MMC模式。如果轉(zhuǎn)入SPI模式下工作,需進(jìn)行模式切換。SPI模式設(shè)定流程如圖3所示。

如需從SPI模式轉(zhuǎn)入MMC模式,只能切斷電源,重新上電,進(jìn)入默認(rèn)MMC模式。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā),SPI模式設(shè)計(jì)簡單,操作方便,但數(shù)據(jù)傳輸速率遜于MMC模式。基于設(shè)計(jì)要求,筆者采用了SPI通信協(xié)議。

4 存儲(chǔ)器讀寫接口

4.1 SPI接口及操作模式

SPI接口是一種通用同步串行接口總線,字長為8位,用來與外部設(shè)備進(jìn)行通信。SPI接口利用CLK、DataIn和DataOut三根線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。其中,CLK為時(shí)鐘信號(hào),有外部控制器提供;Datain和DataOut為數(shù)據(jù)輸入和輸出線。CS是MMC片選信號(hào)線,在整個(gè)SPI操作過程中,必須保持低電平有效信號(hào)。

SPI接口共有四種操作模式,分別為0、1、2和3。SPI操作模式?jīng)Q定了設(shè)備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)鐘相位和極性,即決定了時(shí)鐘信號(hào)的上升和下降沿與數(shù)據(jù)流動(dòng)方向之間的關(guān)系,如圖4所示。本設(shè)計(jì)采用模式3。

4.2 MMC卡命令及答復(fù)信號(hào)

所有MMC卡命令字長度均為6個(gè)字節(jié),傳輸從高位開始,且包含一個(gè)CRC校驗(yàn)字。

命令字索引采用二進(jìn)制編碼。比如CMD0的索引位是000000,CMD39的索引位是100111。MMC卡命令字分為10個(gè)命令組,每組由多個(gè)命令字組成,完成MMC卡功能設(shè)定。SPI模式下的Sandisc MMC卡支持其中的6個(gè)命令組,可實(shí)現(xiàn)基本設(shè)定、數(shù)據(jù)塊讀、數(shù)據(jù)塊寫、擦除、寫保護(hù)、MMC卡鎖定功能。

MMC卡有多種應(yīng)答信號(hào)格式,傳輸從高位開始。SPI模式下,存在5種應(yīng)答信號(hào)格式,分別為R1、R2、R3、Busy、R1b。

接收到每個(gè)命令后,MMC卡都發(fā)送一個(gè)格式為R1的應(yīng)答信號(hào),卡狀態(tài)查詢命令字CMD13除外。此應(yīng)答信號(hào)占1字節(jié),最高位為0,低7位為錯(cuò)誤標(biāo)志。若某位為1,表示存在相應(yīng)錯(cuò)誤。

Busy應(yīng)答信號(hào)長度為多個(gè)字節(jié)。各位都為0,表示卡正忙。存在非零位表明卡已經(jīng)準(zhǔn)備好接收下一命令。

R2格式應(yīng)答信號(hào)長度為2字節(jié),用于答復(fù)卡狀態(tài)查詢命令字CMD13。首字節(jié)格式同R1,第2個(gè)字節(jié)表示的錯(cuò)誤類型。

R3格式應(yīng)答信號(hào)長度為5字節(jié),答復(fù)卡內(nèi)OCR豁口讀命令CMD58。首字節(jié)格式同R1,其余4字節(jié)為OCR豁口內(nèi)容。

R1b格式應(yīng)答信號(hào)包括兩部分,R1格式部分和Busy格式可選附加部分。

4.3 MMC在SPI模式下的傳輸時(shí)序

MMC在SPI協(xié)議下讀寫時(shí)序如圖5所示。主控制器發(fā)送讀/寫命令,當(dāng)收到OUT傳輸互上正確的應(yīng)答信號(hào)后,OUT/IN傳輸線開始讀/寫操作。

5 MMC卡與單片機(jī)接口實(shí)例

5.1 硬件電路設(shè)計(jì)

圖6為筆者采用Sandisc公司容量為32MB的MMC卡設(shè)計(jì)的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一部分。單片機(jī)采用美國Microchip公司推出的PIC16F73B。單片機(jī)的工作頻率為4MHZ,采用Port C的硬件SPI接口進(jìn)行MMC卡的讀寫操作。

5.2 軟件設(shè)計(jì)

訪問MMC卡存儲(chǔ)單元前,需要設(shè)定訪問塊長度。默認(rèn)長度為512字節(jié)。本設(shè)計(jì)是通過寫緩存芯片F(xiàn)M24CL64,達(dá)到512字節(jié)后轉(zhuǎn)入主存MMC的(硬件電路圖應(yīng)作相應(yīng)的修改),所以讀寫長度不再設(shè)定。MMC格式化為FAT文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后,數(shù)據(jù)以文件的形式為上位機(jī)所讀取。

MMC接口部分軟件設(shè)計(jì)流程如圖7所示。

5.3 MMC卡SPI初始化與寫子程序

因?yàn)镸MC可以在兩種協(xié)議下工作,且默認(rèn)為MMC操作模式,所以必須經(jīng)過初始化才能在SPI模式下工作。初始化和寫子程序代碼見www.panasonaic.com收集整理。

圖7


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