基于FPGA的SD卡控制器設(shè)計.pdf

1、SD安全數(shù)字存儲卡（Secure Digital Memory Card，簡稱SD卡）是目前使用最為廣泛的移動存儲設(shè)備之一。SD卡具有小巧輕便、存儲容量大、傳輸數(shù)據(jù)快和數(shù)據(jù)安全性高等優(yōu)點，并且SD卡控制器結(jié)構(gòu)簡單，便于集成，使得SD卡在移動媒體設(shè)備和消費類電子產(chǎn)品中得到越來越廣泛的應(yīng)用。SD卡已經(jīng)成為同類存儲產(chǎn)品中的主流，而SD卡控制器作為SD卡工作必不可少的一部分，隨著SD卡的更新?lián)Q代，對SD卡控制器進行研究和優(yōu)化具有很高的實際應(yīng)用價

2、值。
　　 本論文首先結(jié)合最新版的SD4.0協(xié)議對SD存儲卡和SD卡主控制器的相關(guān)協(xié)議規(guī)范做了詳細介紹，然后對SD卡控制器的工作原理和總體結(jié)構(gòu)作了詳細說明，著重介紹了SD卡與SD主控制器之間的三種總線連接方式和SD主控制器的結(jié)構(gòu)。從SD卡控制器的總體結(jié)構(gòu)入手，介紹了SD4.0新標準下各模塊的功能，對其中的幾個重點模塊:SD_ CLK模塊、DMA控制模塊和Tuning控制模塊等進行了Verilog HDL設(shè)計，并進行了功能仿真、邏

3、輯綜合，同時對整個設(shè)計進行了FPGA驗證。
　　 對SD_ CLK模塊進行設(shè)計時，主要利用了Xilinx FPGA特有的數(shù)字時鐘管理器(DCM)模塊，該模塊不僅可以提供穩(wěn)定的時鐘，而且還提供了靈活的頻率配置，經(jīng)過適當配置可以提供不同的SD卡正常工作所需的時鐘頻率。對DMA控制模塊的邏輯設(shè)計中，重點設(shè)計了雙口RAM和RAM的控制部分，細化讀操作和寫操作，最終完成數(shù)據(jù)在DMA模式下的傳輸。采用Tuning控制模塊是為了使SD卡工作在

4、高頻時，系統(tǒng)時鐘能夠滿足時序要求，本模塊的設(shè)計中提出最佳采樣時鐘選擇算法，設(shè)計了合理的狀態(tài)機對時鐘相位進行調(diào)整，得到SD卡工作在高頻時的最佳采樣時鐘，通過功能仿真和FPGA邏輯綜合，本模塊的設(shè)計達到要求，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。最后對整個設(shè)計進行了FPGA板級驗證，包括對FPGA開發(fā)板進行了簡要介紹，然后根據(jù)本控制器的設(shè)計要求進行了各項驗證，并將幾種不同類型的SD卡分別在本控制器和一般讀卡器上的讀寫速度進行了對比，驗證結(jié)果符合設(shè)計要