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      1. MultiMediacard及其與單片機接口

        時間:2024-07-18 19:05:31 理工畢業論文 我要投稿
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        MultiMediacard及其與單片機接口

        摘要:MultiMediaCard是Sandisc公司推出的大容量串行Flash存儲卡,外形尺寸為32mm×24mm×1.4mm,質量小于2g,7針引腳,便于開發設計小型的移動數碼設備。本文重點介紹此類存儲器與PIC單片機的接口,給出實際的電路設計和軟件代碼示例。

        1 概述

        Sandisc公司推出的大大容量串行Flash存儲器產品——MultiMediaCard(MMC),通常叫作多媒體卡。它的體積比SmartMedia還要小,不怕沖擊,可反復讀寫記錄30萬次,驅動電壓2.7~3.6V,可變時鐘頻率范圍為0~20MHz,目前常見的容量為64MB/128MB。ATP Electrionics公司已經率先推出了1GB的高容量MMC。除了體積小、壽命長、容量大等特性外,還具備存儲區糾錯能力;低功耗;5ms內沒有接收到命令字后,自動轉入休眠狀態;支持熱插拔等優點。MMC可以格式化為FAT文件系統,便于上位機讀寫。

        2 MMC簡介

        2.1 引腳排列及功能

        根據存儲容量的不同,MMC有SMDB和SDMJ兩種構成技術。SMDB即二進制NAND技術(Binary NAND),16MB和32MB容量的MMC卡采用此技術。目前常用的64MB和128MB的MMC采用SDMJ,即MLC(Multi Level Cell)NAND技術。各容量的MMC卡,其外形尺寸及引腳排列相同,如圖1所示。

        MMC讀寫接口可以在MMC和SPI兩種通信 協議下工作。MMC是由MMCA協會開發的高性能三線制通信協議,即CMD、CLK、DAT線,最大可尋址64000張MMC卡,單個物理地址可疊放30張卡,支持順序讀寫及單/多數據塊讀寫操作,是MMC卡默認的通信協議。SPI協議為可選協議,工作效率不及MMC協議;但SPI協議簡單易用,兼容性好,便于和單片機連接使用。本設計采用SPI通信協議,下文將詳細介紹。

        2.2 內部邏輯結構

        MMC卡的內部邏輯結構可分為四部分:MMC/SPI接口、單芯片控制器、數據閃存模塊、控制線和數據線。MMC/SPI接口實現與主控制器的通信。單芯片控制器完成接口協議、數據存儲檢索、糾錯碼算法、故障診斷處理、電源管理和時鐘控制功能。數據內存模塊可以實現整個存儲空間內的單字節訪問,它不是簡單的字陣列,而是被分成了多種結構。512個字節構成1個扇區(sector)。根據MMC卡容量的不同,16或32個扇區構成1個擦除族(erase group)。32個擦除族構成1個寫保護族(write protect group)。此設計使MMC操作靈活,使用方便。控制線和數據線實現數據存儲區的訪問,其內部邏輯結構如圖2所示。

        3 MMC/SPI通信協議

        MMC卡上電后,默認進入MMC模式。如果轉入SPI模式下工作,需進行模式切換。SPI模式設定流程如圖3所示。

        如需從SPI模式轉入MMC模式,只能切斷電源,重新上電,進入默認MMC模式。從實際應用角度出發,SPI模式設計簡單,操作方便,但數據傳輸速率遜于MMC模式。基于設計要求,筆者采用了SPI通信協議。

        4 存儲器讀寫接口

        4.1 SPI接口及操作模式

        SPI接口是一種通用同步串行接口總線,字長為8位,用來與外部設備進行通信。SPI接口利用CLK、DataIn和DataOut三根線進行數據的讀寫。其中,CLK為時鐘信號,有外部控制器提供;Datain和DataOut為數據輸入和輸出線。CS是MMC片選信號線,在整個SPI操作過程中,必須保持低電平有效信號。

        SPI接口共有四種操作模式,分別為0、1、2和3。SPI操作模式決定了設備接收和發送數據時的時鐘相位和極性,即決定了時鐘信號的上升和下降沿與數據流動方向之間的關系,如圖4所示。本設計采用模式3。

        4.2 MMC卡命令及答復信號

        所有MMC卡命令字長度均為6個字節,傳輸從高位開始,且包含一個CRC校驗字。

        命令字索引采用二進制編碼。比如CMD0的索引位是000000,CMD39的索引位是100111。MMC卡命令字分為10個命令組,每組由多個命令字組成,完成MMC卡功能設定。SPI模式下的Sandisc MMC卡支持其中的6個命令組,可實現基本設定、數據塊讀、數據塊寫、擦除、寫保護、MMC卡鎖定功能。

        MMC卡有多種應答信號格式,傳輸從高位開始。SPI模式下,存在5種應答信號格式,分別為R1、R2、R3、Busy、R1b。

        接收到每個命令后,MMC卡都發送一個格式為R1的應答信號,卡狀態查詢命令字CMD13除外。此應答信號占1字節,最高位為0,低7位為錯誤標

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