基于FPGA的MicroSD卡控制器研究.pdf

1、在自動化測試與控制設備研發(fā)中，隨著數(shù)據(jù)信息量越來越大，而設備也越來越輕巧便攜，對大容量、高速率、小體積的數(shù)據(jù)存儲技術需求也越來越迫切。傳統(tǒng)的存儲媒介技術成熟，但是也存在容量、速率或者體積方面的缺陷，而 Micro SD卡具有容量大、體積小和速率高的優(yōu)勢，而且具備熱插拔、寫保護、數(shù)據(jù)加密等一些優(yōu)良特性，在消費電子中得到普遍的應用。本文以數(shù)字系統(tǒng)設計的主要硬件平臺FPGA為基礎，設計了基于FPGA的Micro SD卡控制器，將 Micro

2、SD卡的大容量、高速率、小體積優(yōu)勢應用到自動化測試與控制系統(tǒng)中，以提供新的存儲方案。
　　本文以SD卡3.0規(guī)范為基礎，主要實現(xiàn)了Micro SD卡控制器的SD總線4-bit模式邏輯設計和對UHS-I速度模式的支持。首先根據(jù)應用需求及結構清晰、使用方便和工作穩(wěn)定的設計原則，設計了Micro SD卡控制器的總體結構，依據(jù)自頂向下的模塊化設計方法，將控制器的模塊分為物理層接口模塊、基本功能模塊和核心流程主控模塊三大類：物理層接口模塊分

3、為命令發(fā)送、響應讀取、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)寫入等模塊，實現(xiàn)與Micro SD卡通信的物理層功能；基本功能模塊主要實現(xiàn)控制器的功能管理，包括時鐘管理、CRC校驗等基本功能模塊；核心流程主控模塊是整個控制器的控制中樞，根據(jù)用戶命令實時調用各個物理層接口模塊或者基本功能模塊完成數(shù)據(jù)讀寫任務。在此基礎上，著重實現(xiàn)了UHS-I速度模式下的關鍵設計，包括電壓的實時切換、速度模式轉換和數(shù)據(jù)采樣與同步及時序約束，其中主要采用了動態(tài)相位調整技術來實現(xiàn)對Micr

4、o SD卡的數(shù)據(jù)采樣與同步。最后本文以自底向上的測試方法，先對各個子模塊的時序仿真調試再聯(lián)合調試，并進行了功能和指標的測試。測試結果表明，本文所設計的基于FPGA的Micro SD卡控制器能夠支持SD卡3.0規(guī)范，支持最新的SDXC類型存儲卡（容量可達64G），支持SD總線4-bit模式，并支持該模式下的UHS-I速度模式，數(shù)據(jù)讀寫速率約為35MB/s，數(shù)據(jù)傳輸經過CRC校驗，工作穩(wěn)定可靠。
　　本文所研究設計的MicroSD卡控