SPI模式下MMC卡的讀寫機(jī)制

?多媒體卡MMC（MultiMedia Card）是由美國(guó)SanDisk公司和德國(guó)Simens公司于1997年共同開發(fā)的一種多功能Flash存儲(chǔ)設(shè)備。基于ARM7芯片LPC2200實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC卡的讀寫。使用LPC2200的串行外設(shè)接口（SPI接口）對(duì)MMC卡進(jìn)行控制，在SPI模式下對(duì)MMC卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。

關(guān)鍵詞 MMC卡 LPC2200 接口設(shè)計(jì) SPI接口

引言

　　多媒體卡MMC的特點(diǎn)是閃存功耗低,密度高,體積小,可靠性高,可擦除,可重寫,容量大；內(nèi)置控制電路，可以使用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、MP3、PDA等多種數(shù)字設(shè)備上，可反復(fù)記錄30萬(wàn)次；現(xiàn)在市場(chǎng)上的主流容量有128 MB~2 GB。

　　SPI最早是由Motorola公司提出的一種串行總線接口，支持MCU與外設(shè)的雙工、同步串行通信。由于其簡(jiǎn)單的接口設(shè)計(jì)，只用4根線即可完成所有的通信工作，因此被大部分的MCU芯片所支持。利用被廣泛支持的SPI總線來(lái)進(jìn)行MMC卡的讀寫，可解決沒有MMC控制器的問題。

1? MMC卡

1.1? MMC卡簡(jiǎn)介

　　MMC卡的面積為24 mm×32 mm，厚度為1.4 mm。MMC卡的工作電壓為2.7~3.6 V，時(shí)鐘頻率范圍為0~20 MHz。為了支持廣泛的應(yīng)用，MMC卡接口簡(jiǎn)單（為7引腳），具有最大的可擴(kuò)展性和可配置性。其中3腳為電源供應(yīng)，數(shù)據(jù)操作通過4腳的串行總線完成。作為SPI設(shè)備，MMC卡的SPI通道由以下4個(gè)信號(hào)組成：CS(片選)，CLK(時(shí)鐘)，DateIn(主機(jī)到卡的數(shù)據(jù)信號(hào))和DateOut(卡到主機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào))。CS是MMC卡的片選信號(hào)線，在整個(gè)SPI操作過程中，必須保持低電平有效；CLK便于同步；DateIn不但傳輸數(shù)據(jù)，還發(fā)送命令；DateOut除了發(fā)送數(shù)據(jù)外，還傳送應(yīng)答信號(hào)。

1.2? MMC卡的SPI協(xié)議

　　MMC存儲(chǔ)卡有MMC和SPI兩種工作模式。MMC卡上電后即進(jìn)入MMC模式；當(dāng)片選(CS)線被拉低時(shí)發(fā)送Reset(CMD0)指令會(huì)使MMC卡進(jìn)入SPI模式。如果需要從SPI模式轉(zhuǎn)入MMC模式，只能切斷電源重新上電。

　　SPI協(xié)議是以主從方式工作的，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)（或多個(gè)）從設(shè)備。SPI接口是一種通用同步串行接口總線，字長(zhǎng)為8位，用來(lái)與外部設(shè)備進(jìn)行通信。該接口在工作時(shí)，主設(shè)備通過提供移位時(shí)鐘和從使能信號(hào)來(lái)控制信息的流動(dòng)。主設(shè)備的每次開始傳送任務(wù)時(shí)，都先將片選（CS）線置低以激活MMC卡，使其進(jìn)入工作狀態(tài)。

　　MMC卡的SPI協(xié)議的特點(diǎn)主要有： 被選中的卡總是對(duì)來(lái)自于主設(shè)備的指令有所響應(yīng)的；當(dāng)卡遇到錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)返回一個(gè)出錯(cuò)響應(yīng)來(lái)代替期望的數(shù)據(jù)；指令的響應(yīng)是一個(gè)8位或16位的結(jié)構(gòu)；只支持單塊讀寫操作。塊的大小可以大到一個(gè)扇區(qū)(512字節(jié))，小到1個(gè)字節(jié)。

2? 硬件電路設(shè)計(jì)

　　MMC卡既可以采用MMC總線訪問，也可以采用SPI總線訪問。大部分微處理器都有SPI接口而沒有MMC總線接口。如果采用I/O口模擬MMC總線，不但增加了軟件的開銷，而且對(duì)大多數(shù)微處理器來(lái)說，模擬MMC總線遠(yuǎn)不如真正的MMC總線速度快，這將大大降低總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?/P>

　　基于以上考慮，可以采用LPC2200微處理器的SPI接口，設(shè)計(jì)訪問MMC的硬件接口電路。LPC2200是系統(tǒng)的核心控制器，它的主要作用是將數(shù)據(jù)發(fā)送至MMC卡內(nèi)存儲(chǔ)。MMC卡的數(shù)據(jù)寫入是以塊為單位的，一塊為512字節(jié)，所以當(dāng)RAM中存放了512字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，LPC2200便將其一次性寫入MMC卡中。

　　LPC2200微處理器與MMC卡卡座接口電路如圖1所示，連接引腳如表1所列。

圖1? MMC卡SPI接口電路

表1? LPC2200與MMC卡卡座的連接引腳

3? SPI模式下MMC卡的讀寫實(shí)現(xiàn)

3.1? MMC卡初始化

圖2? MMC卡的初始化過程

　　在對(duì)MMC卡讀寫之前要進(jìn)行初始化操作，這是確保MMC卡能在SPI模式下進(jìn)行正常數(shù)據(jù)讀寫的前提。MMC卡上電后默認(rèn)進(jìn)入MMC模式，等待至少74個(gè)時(shí)鐘周期后，片選信號(hào)置低，發(fā)送CMD0。CMD0的命令索引位是000000，即發(fā)送命令字0x40、0x0、0x0、0x0、0x0、0x95。如果收到應(yīng)答信號(hào)01H，則表示出錯(cuò)。然后向MMC卡發(fā)送CMD1，CMD1命令索引位是000001。因?yàn)檫M(jìn)入閑置狀態(tài)后CRC校驗(yàn)?zāi)J(rèn)關(guān)閉，故CRC校驗(yàn)位可取任意值。收到正確的應(yīng)答信號(hào)00H之后，MMC卡即進(jìn)入SPI模式；如果收到應(yīng)答信號(hào)不是00H，則重發(fā)CMD1直到收到正確的應(yīng)答。初始化過程如圖2所示。

3.2? MMC卡塊讀寫

　　初始化完成后，可使用默認(rèn)的讀寫長(zhǎng)度(512字節(jié))進(jìn)行MMC卡的讀寫；也可用CMD16來(lái)設(shè)置MMC卡的塊讀取長(zhǎng)度，可以是1~512字節(jié)之間的任意值。但是對(duì)MMC卡的寫過程則要求塊長(zhǎng)度必須為512字節(jié)。MMC卡讀寫數(shù)據(jù)時(shí)使用的是絕對(duì)地址，即從0開始編號(hào)的32位地址，這里使用塊號(hào)來(lái)進(jìn)行讀寫。塊號(hào)是從0開始編號(hào)的，且每塊的大小為一扇區(qū)（即512字節(jié)），故開始都必須將扇區(qū)號(hào)轉(zhuǎn)換成絕對(duì)地址。

（1） ?讀取數(shù)據(jù)塊向MMC卡發(fā)送CMD17，收到有效應(yīng)答信號(hào)0x00后，開始接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)起始令牌和數(shù)據(jù)塊組成，其中起始令牌值為0xFE。當(dāng)收起起始令牌后，隨后接收數(shù)據(jù)塊。讀操作如圖3所示。

圖3? MMC卡的讀操作

（2） ?寫入數(shù)據(jù)塊向MMC卡發(fā)送CMD24，收到有效應(yīng)答信號(hào)0x00后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)同樣由數(shù)據(jù)起始令牌（0xFE）和數(shù)據(jù)塊組成。寫操作如圖4所示。

圖4? MMC卡的寫操作

4? 小結(jié)

　　SPI總線接口簡(jiǎn)單易用、兼容性好，使用SPI接口實(shí)現(xiàn)對(duì)MMC卡的讀寫操作是非常簡(jiǎn)單有效的。用SPI接口可以實(shí)現(xiàn)每秒約1 MB的讀寫速度，而用MMC接口則可以達(dá)到每秒約3 MB的讀寫速度。雖然讀寫速度降低了一些，但是已經(jīng)可以基本滿足讀寫速度的要求。