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用CPLD支持多個(gè)SD器件

作者: 時(shí)間:2010-02-03 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

在一個(gè)系統(tǒng)中添加安全數(shù)字 () 的需求日益增長(zhǎng)。然而,大多數(shù)主機(jī)(如 Intel PXA270、TI OMAP和Qualcomm MSM處理器)都只提供一個(gè)接口。幸運(yùn)的是,使用復(fù)雜可編程邏輯)即可使主機(jī)器件任意數(shù)量的器件。本文詳細(xì)講述一種基于可縮放自動(dòng)偵測(cè)雙向多路復(fù)用器的設(shè)計(jì)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/152101.htm

  圖1所示為通用的使用模型,可以為僅自帶一個(gè)SD接口的給定主機(jī)器件集成任意數(shù)量的SD端口。處于主機(jī)控制器和SD器件之間。這樣,CPLD便起到雙向多路復(fù)用器的作用,使主機(jī)器件能夠與選定的任意SD器件通信。更重要的是,這種設(shè)計(jì)沒(méi)有方向控制引腳,也就是說(shuō)CPLD自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)流方向。

用CPLD增加SD端口圖1 用CPLD增加SD端口

  這種實(shí)現(xiàn)方法極其靈活且可縮放,允許隨意增減SD端口數(shù)量,還SPI模式、1位數(shù)據(jù)模式和 4 位數(shù)據(jù)模式中任一種定義的SD卡模式。

  在此類(lèi)應(yīng)用中使用CPLD器件,主要目的是為主機(jī)控制器提供更多的SD端口,同時(shí)在主機(jī)器件與SD卡之間實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和邏輯隔離。圖1所示為主機(jī)器件是1.8V而 SD器件是3.3V的情形。業(yè)界最新CPLD的待機(jī)電流微不足道,而動(dòng)態(tài)功耗極低。因此,在系統(tǒng)中集成一個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件不會(huì)顯著影響功率預(yù)算。

  符合SDA規(guī)范

  根據(jù)SDA(安全數(shù)字協(xié)會(huì))規(guī)范,一條SD總線只能一個(gè)SD器件。時(shí)鐘引腳可以共用,但DAT[3:0]和CMD線則必須由每個(gè)SD器件獨(dú)占,如圖2所示。

SD系統(tǒng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 SD系統(tǒng)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

  此參考設(shè)計(jì)完全符合SDA規(guī)范。下面介紹當(dāng)使用只有一條總線的控制器支持任意數(shù)量的SD 器件時(shí)如何滿足上述要求。

  CPLD設(shè)計(jì)

  圖 3 所示為用此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)SD器件共用同一SD主機(jī)接口時(shí)的典型用法。從概念上講,可以將這種設(shè)計(jì)視為和用作雙向多路復(fù)用器。主機(jī)器件通過(guò)“選擇”信號(hào)控制CPLD,從而指示與哪個(gè)SD器件通信。一旦選中某個(gè)SD器件,CPLD器件中的邏輯便自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)流的方向,并且讓數(shù)據(jù)相應(yīng)流動(dòng)(從主機(jī)器件流向SD卡,或者從SD卡流向主機(jī)器件)。此設(shè)計(jì)不需要方向控制引腳,因此使用方便。

模塊級(jí)圖

圖3 模塊級(jí)圖:雙向多路復(fù)用器

  當(dāng)多路復(fù)用器相應(yīng)切換時(shí),主機(jī)器件可分別訪問(wèn)各SD器件,而不會(huì)影響另一SD器件的狀態(tài)。如果主機(jī)器件和SD器件都未驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù),則CPLD讓系統(tǒng)處于默認(rèn)的呈弱上拉狀態(tài)的高阻抗。此電路的主要用途是加強(qiáng)主機(jī)器件的SD能力,但也可用此電路提供電平轉(zhuǎn)換和/或邏輯隔離。

  實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

  圖4所示為1:2雙向多路復(fù)用器設(shè)計(jì)的實(shí)際邏輯電路,該設(shè)計(jì)可用VHDL語(yǔ)言描述。在初始或空閑狀態(tài)下,主機(jī)器件和SD卡應(yīng)處于呈弱上拉狀態(tài)的高阻抗。因此,圖4中的電路設(shè)計(jì)成對(duì) CPLD的輸出緩沖器進(jìn)行三態(tài)控制,從而使外部上拉電阻起作用。寄存器A (A_REG)和寄存器B (B_REG)都設(shè)計(jì)成在上電時(shí)初始化為邏輯“0”。

兩個(gè)SD器件的SD多路復(fù)用器電路

圖4 兩個(gè)SD器件的SD多路復(fù)用器電路

  通過(guò)向 CPLD 輸入“選擇”信號(hào)來(lái)選擇SD卡。當(dāng)“選擇”信號(hào)為邏輯“0”時(shí)選擇SD1,而當(dāng)“選擇”信號(hào)為邏輯“1”時(shí)選擇SD2器件。為電路敘述簡(jiǎn)明起見(jiàn),我們假設(shè)在以下討論中主機(jī)器件只選擇與SD1通信。

  此設(shè)計(jì)的自動(dòng)方向控制方面的實(shí)現(xiàn)方式為:當(dāng)主機(jī)器件與SD1器件二者之一置為低時(shí)啟動(dòng)事務(wù)。例如,如果主機(jī)器件準(zhǔn)備向 SD1 器件傳送數(shù)據(jù),則主機(jī)器件通過(guò)將A側(cè)置為低來(lái)開(kāi)始傳送。在置為低時(shí),電路中的邏輯檢測(cè)到置低的下降沿,并且通過(guò)啟用“B”輸出緩沖器置為有效來(lái)響應(yīng),而“A”輸出緩沖器仍保持無(wú)效狀態(tài)。尤其是當(dāng)A置為低時(shí),會(huì)向A_REG的時(shí)鐘輸入傳送一個(gè)上升沿。繼時(shí)鐘控制之后,A_REG的Q輸出變?yōu)檫壿嫛?”,從而阻止B_REG接收時(shí)鐘控制事件。當(dāng)A變?yōu)榈蜁r(shí),邏輯門(mén)B1在A_REG時(shí)鐘控制與觸發(fā)的同時(shí)輸出一個(gè)邏輯“1”。這樣便可啟用“B”輸出緩沖器,而B(niǎo)最終會(huì)跟隨A置為低。

  反之,當(dāng)A從低轉(zhuǎn)為高時(shí),邏輯門(mén)B1輸出一個(gè)低信號(hào),對(duì)B輸出緩沖器進(jìn)行三態(tài)控制。這樣便通過(guò)外部上拉電阻強(qiáng)制B變?yōu)楦摺R坏〢側(cè)和B側(cè)都變?yōu)楦?,則A_REG和B_REG 復(fù)位到0。此過(guò)程無(wú)限次重復(fù)。當(dāng)SD1要向主機(jī)器件傳送數(shù)據(jù)時(shí),情況相反。另外,如果主機(jī)器件準(zhǔn)備與SD2器件通信,則電路的“選擇”信號(hào)輸入置為邏輯“1”,其事件順序與上述相似。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證

  1 仿真結(jié)果

  對(duì)于此電路,用ModelSim進(jìn)行了廣泛的功能和時(shí)序仿真,測(cè)試激勵(lì)已經(jīng)包括在VHDL 下載中。圖5所示為部分仿真結(jié)果。

  在圖5的第一部分中,“選擇”信號(hào)輸入保持為低。白色虛線指示“弱1”狀態(tài),換言之就是表示上拉狀態(tài)。在第一個(gè)事務(wù)中,主機(jī)器件嘗試向SD1傳送數(shù)據(jù),SD1隨即響應(yīng)。緊接著,SD1器件嘗試向主機(jī)器件傳送數(shù)據(jù),主機(jī)器件隨即響應(yīng)。當(dāng)“選擇”信號(hào)輸入置為低時(shí),會(huì)發(fā)生類(lèi)似事件。主機(jī)器件向SD2器件傳送數(shù)據(jù),然后SD2器件向主機(jī)器件傳送數(shù)據(jù)。

 仿真結(jié)果


圖5 仿真結(jié)果


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