嵌入式系统的SD控制器设计实现

引言

在目前的掌上电脑等嵌入式系统中，SD(securedigital)卡以其体积小和引脚数少的优势，提供了比CF更好的外部设备扩展解决方案。因此，如何在系统中集成SDHost控制模块，以及在嵌入式操作系统里面实现其驱动程序，都是目前嵌入式系统设计者要考虑的问题。

本文实现所采用的开发平台是基于SAMSUNG公司的S3C2410AARM微处理器，利用处理内部的SD控制模块，采用GPIO扩展的方法实现SDHost控制器。

使用S3C2410A的SD控制模块，通过对GPIO功能的扩展来完成SD的检测和写保护的功能，实现SDHost控制器相对比较灵活。在进行驱动程序开发过程中，对SD卡检测进行防抖动处理是必要的，必须根据系统电路特性来确定合适的检测时机，在驱动程序里面实现防抖动处理，保证整个系统的效率。

1 SDHost硬件设计

SCDA1A0100是ALPS公司生产的SD卡连接插槽，采用高可用的滑动触点开关，能够准确地检测到卡插入的时机。

通过小型化和薄型化设计，已经广泛应用于PDA，数码相机和个人电脑。当插槽有SD卡插入时，SD卡会触动槽内的触点开关，引起卡的检测引脚和写保护引脚的相应电平变化。

Samsung的S3C2410A内部支持SDHost的控制模块，有SDHost控制寄存器和可以用于SDHost控制器的IO引脚，可用编程的方法对其功能进行选择;但对于SD卡的检测，写保护和插槽的电源使能等功能没有专门的引脚。在本文实现中，对于卡检测、电源引脚，通过GPIO扩展来实现。部分引脚定义如表1所示。

表1 S3C2410A部分GPIO引脚功能定义

S3C2410A的GPIO引脚分为GPA，GPB等8组，每组的IO引脚有控制寄存器(GPxCON)，数据寄存器(GPxDAT)，Pull-Up寄存器(GPxUP)进行控制。每根引脚所在的GPxCON里有对应位控制其功能，通过对GPxCON编程来控制其功能，某一时刻，该引脚只能使用一种功能。

对于SD卡检测引脚，需要配置成外部中断源(EINTx)，对应的EXTINT0，EXTINT1和EXTINT2寄存器控制该中断源的触发模式：低电平触发，高电平触发，前沿触发，后沿触发或是前后沿触发。

S3C2410A时钟控制逻辑有两个锁相环路PLL(phaselockedloop)：UPLL专用于USB时钟;MPLL能够产生系统要求的3种时钟信号：FCLK供CPU内核使用，HCLK供系统总线使用，PCLK供外部总线使用。通过对MPLL控制寄存器MPLLCON配置，可以产生需要的时钟频率。

在时钟控制逻辑里，寄存器CLKCON用来控制如USB，LCD，UART，SD等接口模块的时钟使能。其中bit[9]用于控制SD/MMC接口的时钟。SDHost控制器不能直接使用PCLK信号。正常工作模式下，FCLK为266MHz，PCLK为66.5MHz，而SD卡的最高时钟为25MHz，MMC卡最高为20MHz。通过对SDIPRE寄存器的bit[0-7]设置可以对PCLK进行分频，选择合适SD/MMC卡的工作频率。分频公式为：

Clockrate=PCLK/2/(SDIPRE[0-7]+1)

2 驱动程序的实现

2.1 驱动程序体系结构

我们为开发平台上运行的WindowsCE系统开发了SDHost控制器的驱动程序。WindowsCE下，驱动程序是用户态的DLL，这些DLL向内核提供一些接口函数，这样设备管理模块就可以通过这些函数与具体的硬件设备进行通信。

WindowsCE的驱动程序模型主要有两种类型：流式接口驱动和本地设备驱动。流式设备驱动向上层提供统一的流式设备接口，而本地设备驱动可根据具体设备要求提供相应接口。本文实现中SDHost的驱动程序采用流式接口驱动模型。

驱动程序要实现相应的XXX_Open()，XXX_Close()，XXX_Init()，XXX_Deinit()，XXX_IOControl()，XXX_Read()，XXX_Write()，XXX_Seek()，XXX_PowerUp()，XXX_PowerDown()等接口函数，其中XXX为设备驱动的前缀，应用程序可以通过文件操作来控制设备。

为了减少了SDHost驱动程序设计的复杂性，使其具有较好的可移植性，采用SDHostDDK，它在BSQUARESD协议栈的基础上，提供了平台独立的总线和客户端驱动和一组标准化的API供使用。BSQUARESD卡的协议栈结构如图1所示。

图1 SD卡协议栈体系结构

该结构的设计很大程度上减少了SDHost驱动程序设计的复杂性，使SDHost控制器驱动程序设计可以专着于硬件相关的部分。总线驱动是SD卡客户端驱动程序和SDHost驱动程序之间的一个抽象层，它为SD卡客户端驱动提供平台独立的服务接口。SDHost驱动程序需要完成处理器和硬件平台相关的处理，向上层驱动提供统一的服务接口。

2.2 中断控制

中断控制是设备驱动程序里的关键部分，它关系到操作系统的实时相应速度和系统的整体性能。WindowsCE是通用的嵌入式系统，它在中断处理方面也有一定实时能力。

WindowsCE处理中断的过程分为两部分实现：核心的ISR和用户线程IST。ISR实现一般要求短小精悍、效率很高，