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SD卡控制器的FPGA实现.docx

SD卡控制器的FPGA实现

万方数据

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SD卡控制器的FPGA实现

作者:

李德桥,丁克勤,LIDe-qiao,DINGKe-qin

作者单位:

李德桥,LIDe-qiao(中北大学,信息与通信工程学院,山西,太原,030051,丁克勤,DINGKe-qin(中国特种设备检测研究院,北京,100013

刊名:

仪表技术

英文刊名:

INSTRUMENTATIONTECHNOLOGY

年,卷(期:

2010,""(8

被引用次数:

0次

参考文献(3条

1.高学军.王君基于ARM7的SD卡控制器的设计2009(2

2.乔庐峰.王志功VerilogHDL数字系统设计与验证2009

3.左源.刘新宁.师超一种SD卡控制器的硬件实现2007(2

相似文献(10条

1.学位论文张家训基于AHB总线接口的SD/MMC主机控制器研究2007

随着集成电路集成度的提高,便携式设备得到了迅速的发展,市场上不断涌现出新的音频和视频便携式消费类电子产品,如数码相机、手机等。

这些便携式产品如果没有大容量存储能力将无法扩展多媒体功能。

而SD卡和MMC卡的独特设计与架构使其具有低功耗,体积小巧,容量大等优点,为便携式多媒体设备的发展提供了强有力的支持。

论文详细介绍了SD/MMC主控制器的硬件实现和专用驱动软件设计,以及相关的验证工作。

研究工作是基于LEON3微处理器SOC平台进行软硬件开发的。

通过深入研究SD卡的SD串行通信协议和MMC卡的MMC串行通信协议,完成了SD/MMC主控制器的硬件实现,主要包括模块划分、模块功能定义、模块时序描述以及主控制器的内部寄存器组定义;在硬件设计的基础上,开展了大量的SD/MMC卡主控制器驱动程序设计研究工作,提出了对应SD/MMC主控制器驱动方法并进行了程序的设计,使所开发的SD/MMC主控制器可支持SDA(SD标准协会制定的SD串行通信协议和MMCA(MMC标准协会制定的MMC串行通信协议。

基于Xilinx公司的Virtex-Ⅱ型FPGA开发板,我们设计并建立了验证平台,完成了SD/MMC主控制器的FPGA验证。

验证工作主要测试SD/MMC主控制器通过AHB系统总线与LEON3微处理器进行通信的能力与水平。

同时,我们编写了卡认证过程和数据传输过程的C语言程序,并使用LEON3配套LECCS的交叉编译系统进行编译处理,最终完成了在LEON3SOC平台上进行软硬件协同验证。

验证结论表明,硬件实现和驱动软件开发正确完整,LEON3可以通过我们设计的SD/MMC主控制器对MMC卡或者SD卡进行正确的存储访问。

由于LEON3微处理器的系统总线是AHB总线,支持AMBA2.0规范,因此所设计的SD/MMC主控制器可通过AHB接口嵌入到多种系统总线是AHB的SOC开发验证平台。

另外,本文对当前市场上闪存卡的种类及关注度进行了简要的叙述,并通过阅读SD卡和MMC卡相关研究的文献总结出国内外对这两种卡接口控制的研究现状。

2.期刊论文张洪刚.苑秉成.徐瑜.ZHANGHong-gang.YUANBing-cheng.XUYu基于FPGA和SD卡的水声信号高速采集与存储系统设计-电子器件2009,32(1

针对目前较高频率水声信号数据难于实时获取的局限,提出了一种基于SD卡和FPGA的高速大容量水声信号采集与实时存储系统设计,设计中采用单片机作为主控单元,SD卡作为存储介质,FPGA作为数据采集和SD卡之间的高速接口,FAT文件系统作为数据存储形式.该设计具有体积小,可高速实时存储,存储容量大,通用性强,易于扩展升级等特点,已在某水下航行器辐射噪声信号获取中得到成功运用.

3.学位论文卢建良高速通用数据采集平台的设计与实现2010

随着科技的进步,数据采集电路的应用范围不断扩大,日益增加的信号类型、复杂的处理算法以及要求越来越高的采集速度和精度成为当前数据采集领域的主要问题。

在现实世界的的诸多领域,如汽车电子、手机通信、医疗电子及粒子探测等,都需要实现数据采集。

但是几乎所有的数据采集电路都含有许多的共同特点。

通过分析高速数据采集电路的共性,从而设计一款高速通用的数据采集平台,使其能适用多数的数据采集应用。

本论文围绕数据采集电路的共性展开讨论,分析了通用数据采集平台设计的可行性,并对数据采集平台的整体结构及核心器件进行了介绍,最后通过粒子探测器数据采集电路和医疗仪器中的CELLPACK信号采集电路两个实例验证了该平台的通用性和实际应用价值。

本论文的主要工作包括:

(1对数据采集系统进行分析,搭建了一个可重复使用的多功能数据采集平台,可实现不同功能的数据采集电路,并成功地将其应用到两个完全不同的数据采集设计中(粒子探测器数据采集电路和CELLPACK信号采集电路,从而有效减少了设计开发的时间及成本。

(2针对专用集成电路VA64-TA2的特点及应用环境的要求,选择合适的封装类型,对该芯片进行了封装和测试,满足了粒子探测器数据采集电路的要求。

(3根据SD的数据手册独立开发了通过FPGA对SD卡进行读写的IP,并将其整合到了在FPGA上搭建的基于NIOSIICPU的片上系统中。

为本数据采集平台的扩展应用提供了保证。

4.学位论文段靖辉宽带干扰信号产生电路设计与实现2008

干扰是电子对抗中的一个重要分支。

本设计中用于干扰的宽带线性调频信号是通过MATLAB软件产生的,然后将其分为四个相关文件分别保存在了四张SD卡上。

系统工作时,利用FPGA来读取存储在SD卡上的干扰信号,通过FPGA内部的位扩展及FIFO的数据缓冲,使得发送出去的数据满足设计要求,达到对目标信号的干扰作用。

本文对SD卡的工作原理、FPGA内部软件设计实现、硬件电路设计、整体电路调试进行了研究,并给出了部分设计模块的测试结果。

本文首先介绍了系统设计思想,FPGA的基本结构和设计流程,说明了外围芯片的特点和作用,JTAG接口等,接着介绍了SD卡的相关知识,包括卡的初始化过程,工作状态的转换,命令集及操作流程,并且对SD卡工作时序进行了分析研究,然后详细介绍了FPGA内部的编程思想,相关功能模块的设计实现及测试结果(所有模块的实现都是采用VerilogHDL编程,最后介绍了板极调试所用到的几个工具:

数字示波器,逻辑分析仪和QuartusⅡ自带的工具SignalTapⅡ,并给出了部分测试过程和结果。

5.学位论文姚笛基于FPGA的数字存储示波器研究2010

示波器是调试电路的一个重要工具,其性能的优劣直接影响电路测试数据

的准确度。

在电路参数的分析过程中,除了示波器的带宽、采样率和存储深度

外,一个更重要的指标就是波形捕获率,该指标直接关系到示波器能否捕获到

偶发的错误信号,而这个指标也正是数字存储示波器的一个软肋。

本系统基于单片FPGA的多处理器结构,让整个系统运行在并行处理上,

提高整体的性能。

其中,多处理器全部在ALTERA的EP3C40P240C8N中实现,

在降低设计复杂度的同时也提高了系统的稳定性。

FPGA的可编程性使多处理器

的设计可行;首先通过双采样处理器对信号进行乒乓采集,提高采样的效率,

降低丢失波形的概率,然后在波形显示部分直接使用专门的显示处理器,包括

波形映射处理器和显示控制器。

其中波形映射可以等效增加LCD的刷新率,该

方法突破了LCD显示的低刷新率。

将多个波形叠加起来一起显示,提高了示波

器的波形刷新率,增强了捕获偶发信号的能力。

核心处理器采用NIOSⅡ处理器,充分发挥了FPGA的性能,使用NIOSⅡ

处理器接收操作面板信息并反馈给其他各个处理器单元,负责协调各个协处理

器的有序工作。

使用NIOSⅡ处理器构建了一个SOPC系统,可以将数据处理与

计算模块设计成IP核连接到处理器的总线上,统一由核心处理器控制。

在需要

增加示波器的功能时,可以将相应的IP核连接到处理器上,这样就实现一个可

裁剪的多功能示波器。

在本系统中使用SD卡对采集的数据进行保存,并将保存的数据送入PC机

中进行分析,该IP核是连接在处理器的Avalon总线上的,通过处理器控制SD

卡的读写操作。

示波器的数字信号处理模块使用DSPBuilder构建模型并调用QUARTUSⅡ

将其直接转化成高效的数字逻辑电路。

DSPBuilder不仅可以搭建数字信号处理

模型,还可以通过仿真检测模型的准确性。

本系统具有高度的灵活性,FPGA内的处理器和存储器都可以进行修改,以

适应不同的需求。

FPGA的可编程性使得示波器的升级更加容易,可以在FPGA

中加入需要的功能模块而不必改变外围电路。

关键词:

FPGA,乒乓采集,波形捕获率,SD卡。

DSPBuilder

6.期刊论文杨爽.郑丽芳.YANGShang.ZHENGLi-fang基于NiosⅡ和SD卡的数据采集系统的设计-核电子学与探测

技术2009,29(4

在NiosⅡ软核处理器上采用SD卡设计了一种嵌入式文件系统,并在该文件系统和FPGA的基础上设计了一种便携式数据采集系统.

7.学位论文胡志海基于FPGA的嵌入式图像监控系统设计2008

传统的数字视频监控系统大多基于PC平台,采用的是专用采集卡和存储设备,导致整机价格昂贵,体积庞大,往往局限于特定领域的应用。

而嵌入式图像监控系统以其价格低、便携式等特点在普通家居安防、临时性作业等场所得到了越来越广泛的应用。

本文针对基于FPGA的嵌入式图像监控系统进行研究,重点研究了动体检测和图像存储的开发方法。

通过将开运算方法应用于动体检测,并结合人体信号检测,有效降低了检测的误判率。

另外还针对FPGA平台研究了将采集数据转换成图像文件并保存到SD卡的方法。

硬件板载电路采用FPGA作为主控制器,负责系统的调度控制。

外接图像传感器、热释电红外传感器、SDRAM、SD卡、环境光亮检测器、RS232等器件,实现了图像的自动采集、检测、配置和存储。

FPGA内部逻辑电路采用Verilog语言和原理图混合设计的方法,采用了结构化模块设计,包括图像采集和转换模块、帧缓存模块、动体检测模块、Nios系统模块以及显示模块。

最后通过嵌入式C语言实现系统的Nios系统软件控制,并完成SD卡的驱动程序以及图像文件生成程序的设计。

本文利用quartusⅡ和modelsim对逻辑电路进行仿真,调试过程中利用在线逻辑分析仪Signaltap系统进行了严格的测试,保证了系统的可靠性。

本系统采集速度达到60帧/秒,SD存储速度为3.7秒/帧,检测响应的仿真时间为1.20ms,检测的拒真率小于1%。

由于采用FPGA单芯片控制方案,系统具有高集成度、可靠性及灵活性的特点。

同时由于体积小、功耗低,可在很多应用场合替代传统基于PC的图像监控方案。

8.学位论文王清嵌入式系统启动方案的设计与实现2009

功能强大的嵌入式产品通常需要复杂的操作系统给予支持,系统启动模块(BootLoader作为系统

软件的重要组成部分,起到引导和加载操作系统内核镜像的作用。

嵌入式系统低成本启动方案的设

计实现,对降低产品的成本具有重要的实用价值。

本文介绍了BootLoader的基本概念、工作原理以及和Boot硬件的关系,并给出BootLoader通

用架构。

低成本启动方案的BootLoader以NORFlash、NANDFlash和SD卡为启动存储介质设计实

现。

方案1:

NORFlash+NANDFlash的Boot方案,以NORFlash环境下的启动为基础,采用NOR

Flash存储启动代码,NANDFlash存储内核镜像的方式。

方案2:

NANDFlash的启动方案根据NAND

Flash的不同类型,以及启动过程是否通过片上SRAM,结合NANDFlash控制器,设计系统直接从

NANDFlash启动。

方案1和方案2都采用汇编语言实现,以达到短小精悍的目的。

方案3:

SD卡

启动方案以SD卡控制器为硬件基础,设计SD卡启动控制器并采用硬件描述语言实现,启动的软件

流程用C语言设计实现,这样代码具有更好的可读性和可移植性。

最后在ARM9内核的SEP5010

环境中,采用EDA仿真工具VCS完成SD卡启动设计的功能验证,并在AlteraStratixⅢ开发平台,

完成三种启动方案的FPGA验证。

三种设计方案的启动时间依次为:

85.6s,111.3s和174.1s。

根据

验证结果:

SD卡启动成本最低,速度最慢;NANDFlash启动方案成本低,需要NAND控制器的硬

件支持;NORFlash+NANDFlash启动速度快,成本最高。

本文考虑各个BootLoader设计中的特点,完成嵌入式系统三种低成本启动方案的设计实现。

文最后部分总结了本文的工作,并进一步探讨BootLoader的研究方向。

关键词:

嵌入式启动,低成本,NANDFlash控制器,SDHC/SD卡控制器改造,FPGA验证

9.学位论文关学勇基于NIOSⅡ的SD卡读写设计实现2009

随着微电子技术的迅猛发展,集成电路组成的电子系统集成度越来越高,使得芯片的复杂性不断上升,单片的成本却不断降低。

FPGA产品的逻辑单元越来越多,性能越来越高,单位成本和功耗向越来越低的方向发展,使得可编程片上系统SOPC(SystemOnProgrammableChip设计成为必然趋势。

SD存储卡因具备体积小、储容量高、可擦写、价格低以及非易失性等特点被广泛应用于手机、数码相机、MP3播放器等领域。

美国Altera公司开发的基于SOPC技术的NiosII嵌入式处理器,是一个可变结构、通用型的32位RISC嵌入式处理器,设计者可以非常方便地使用SOPCBuilder系统开发工具设计构造以处理器为基础的系统,针对自己的要求配置NiosII软核、Avalon总线及外围接口系统,体现了面向用户,面向应用的SOPC技术设计思想。

应用与NiosII相关的集成开发平台和辅助开发工具,加快了NiosII系统的设计与验证环节的开发速度,对于嵌入式系统的产品开发和应用,具有广泛的价值和积极的意义。

本文介绍了基于NiosII嵌入式处理器的SOPC系统的软、硬件设计方法,结合实验平台资源特点,构建了基于NiosII软核处理器的SD卡读写操作系统,编写了软件驱动程序,实现了对SD卡读写的基本操作。

10.期刊论文左源.刘新宁.师超.ZUOYuan.LIUXin-ning.SHIChao一种SD卡控制器的硬件实现-电子器件2007,30(2

通过分析SD卡物理层规范,设计了一种采用SD总线的SD卡控制器,该控制器可以实现对于SD卡的基本控制,如:

初始化SD卡、读写数据、擦除数据等操作.该控制器应用于一款采用AMBA总线的多媒体SoC芯片.该设计采用硬件描述语言(Verilog实现,利用SYNOPSYS公司的EDA工具(VCS和DC对该控制器进行仿真、综合,最后采用FPGA验证控制器功能正确性.本文阐述了该控制器的设计思路、模块划分以及每个模块的具体设计,最后给出仿真、综合以及FPGA验证的结果.本文链接:

授权使用:

北京理工大学(北京理工大学,授权号:

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2010年11月2日

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