基于ARM和SD卡的嵌入式文件系統(tǒng)研究與設計

摘 要：本文針對汽車性能檢測儀對數(shù)據(jù)的存儲和交換要求，在S3C2410A處理器和mCOS-II操作系統(tǒng)基礎上采用SD卡設計開發(fā)了一種嵌入式文件系統(tǒng)。文章首先介紹SD卡的接口電路，接著給出實現(xiàn)本嵌入式文件系統(tǒng)的3層結構，并且對各層的具體實現(xiàn)進行了剖析。

關鍵詞：嵌入式文件系統(tǒng)；SD卡；FAT16 ；S3C2410A

引言

隨著嵌入式處理器計算機能力的不斷提高，32位MPU已成為嵌入式系統(tǒng)應用的主流。本文針對汽車性能記錄儀研發(fā)中遇到的數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)交換的問題，在ARM9嵌入式處理器和mC/OS-II操作系統(tǒng)基礎上采用SD卡設計開發(fā)了一種嵌入式文件系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有支持多操作系統(tǒng)、易于移植和存儲速度快的特點。

接口電路設計

硬件平臺的控制核心采用三星公司16/32位RISC控制器S3C2410A，它采用ARM920T內核，主頻可達203MHz，內部具有豐富的系統(tǒng)外圍設備控制器，包括SD卡控制器。SD卡支持SPI和BUS兩種接口模式，本系統(tǒng)采用BUS接口模式。S3C2410A與SD卡讀寫器的接口電路如圖1所示。

SD卡的DAT0~DAT3、CLK(時鐘線)和CMD(命令線)分別連接到S3C2410A的 GPE7~GPE10、GPE5和GPE4引腳。SD卡支持單線和4線讀/寫，前者通過DAT0進行數(shù)據(jù)串行傳輸，DAT1作為中斷口，最高傳輸速率25Mbps；后者通過DAT0~DAT3分別進行串行數(shù)據(jù)傳輸，最高傳輸速率100Mbps。

SD卡嵌入式

文件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

整個嵌入式文件系統(tǒng)結構如圖2所示，共分3層，包括SD卡驅動層、FAT16文件系統(tǒng)層和應用層。其中，SD卡驅動層又分為4層：硬件抽象層、SD卡工具函數(shù)層、SD卡命令層和SD卡操作函數(shù)接口層。SD卡嵌入式文件系統(tǒng)是基于SD卡需要按整塊進行存儲的特性建立起來的，以塊為單位對SD卡進行管理，這樣既便于管理，也可以屏蔽硬件的操作細節(jié)，為應用層開發(fā)提供了統(tǒng)一標準的API調用。為了便于與上位機進行數(shù)據(jù)交換，采用了Windows和Linux都支持的FAT16文件系統(tǒng)。下面具體說明各層的實現(xiàn)。

SD卡驅動層

驅動層是面向主控器S3C2410A和SD卡，完成SD卡控制器中相應寄存器的設置和向SD卡發(fā)送命令實現(xiàn)SD卡初始化、讀、寫等操作，目的是為其上層提供相應的功能函數(shù)，屏蔽直接對硬件的具體操作。

硬件抽象層

硬件抽象層主要完成對S3C2410A中SD卡控制器相應寄存器的設置，將對SD卡直接控制抽象為對SD卡控制器的操作。

SD卡工具函數(shù)層

本層實現(xiàn)CRC校驗，所有的命令(Command)和響應(Response，R3響應除外)使用CRC7校驗，生成多項式為：G(x)=x7+x3+1；數(shù)據(jù)校驗采用CRC16，生成多項式為：G(x)=x16+x12+x5+1。CRC7校驗采用直接編程計算的方法， CRC16采用查G(x)=x16+x12+x5+1余式表的方法。

SD卡命令層

本層宏定義了各種命令和響應，實現(xiàn)了向SD卡發(fā)送各種命令的函數(shù)SD_SendCmd()和讀寫SD卡內部寄存器等功能。SD總線上以位流的方式傳送命令和數(shù)據(jù)，分別以0和1表示起始和停止。SD卡讀寫時序如圖3所示。

Command發(fā)起每個操作，通過CMD線串行傳輸?shù)?。SD卡標準定義了兩種命令：ACMD(Application specific command)和GEN-CMD(General command)，后者可直接發(fā)送，所有的ACMD命令在發(fā)送前必須先發(fā)送CMD55命令， Response是卡對命令的響應，包括R1、R1b、R2、R3四種類型，通過CMD線傳輸。Data block通過DAT數(shù)據(jù)線傳輸，在寫操作過程中，由DAT0線傳輸busy信號。