基于FPGA的SD卡控制器設(shè)計(jì).pdf

1、SD安全數(shù)字存儲(chǔ)卡（Secure Digital Memory Card，簡(jiǎn)稱SD卡）是目前使用最為廣泛的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備之一。SD卡具有小巧輕便、存儲(chǔ)容量大、傳輸數(shù)據(jù)快和數(shù)據(jù)安全性高等優(yōu)點(diǎn)，并且SD卡控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于集成，使得SD卡在移動(dòng)媒體設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。SD卡已經(jīng)成為同類存儲(chǔ)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(duì)SD卡控制器進(jìn)行研究和優(yōu)化具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)

2、值。
　　 本論文首先結(jié)合最新版的SD4.0協(xié)議對(duì)SD存儲(chǔ)卡和SD卡主控制器的相關(guān)協(xié)議規(guī)范做了詳細(xì)介紹，然后對(duì)SD卡控制器的工作原理和總體結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)說(shuō)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(biāo)準(zhǔn)下各模塊的功能，對(duì)其中的幾個(gè)重點(diǎn)模塊:SD_ CLK模塊、DMA控制模塊和Tuning控制模塊等進(jìn)行了Verilog HDL設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了功能仿真、邏

3、輯綜合，同時(shí)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了FPGA驗(yàn)證。
　　 對(duì)SD_ CLK模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要利用了Xilinx FPGA特有的數(shù)字時(shí)鐘管理器(DCM)模塊，該模塊不僅可以提供穩(wěn)定的時(shí)鐘，而且還提供了靈活的頻率配置，經(jīng)過(guò)適當(dāng)配置可以提供不同的SD卡正常工作所需的時(shí)鐘頻率。對(duì)DMA控制模塊的邏輯設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了雙口RAM和RAM的控制部分，細(xì)化讀操作和寫(xiě)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(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘能夠滿足時(shí)序要求，本模塊的設(shè)計(jì)中提出最佳采樣時(shí)鐘選擇算法，設(shè)計(jì)了合理的狀態(tài)機(jī)對(duì)時(shí)鐘相位進(jìn)行調(diào)整，得到SD卡工作在高頻時(shí)的最佳采樣時(shí)鐘，通過(guò)功能仿真和FPGA邏輯綜合，本模塊的設(shè)計(jì)達(dá)到要求，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。最后?duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了FPGA板級(jí)驗(yàn)證，包括對(duì)FPGA開(kāi)發(fā)板進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，然后根據(jù)本控制器的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了各項(xiàng)驗(yàn)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(xiě)速度進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證結(jié)果符合設(shè)計(jì)要