العمل مع بطاقة SD عبر واجهة SPI. تنفيذ VHDL

المحتوى

1. مواصفات القراءة

1.1 عام

• يتم نقل البيانات إلى بطاقة SD على خط واحد ؛
• يتم قراءة البيانات من بطاقة SD على سطر واحد ؛
• في وضع SPI ، يمكن أن تكون الطاقة + 3.3V فقط ؛
• تردد الساعة في وضع التهيئة في نطاق 100-400 كيلو هرتز ؛
• تردد الساعة بعد التهيئة - 25 ميجاهرتز.

• SDSC سعة البطاقة حتى 2 جيجا بايت شاملة. العنوان داخل البطاقة بايت.
• SDHC. سعة البطاقة أكثر من 2 جيجا بايت وتصل إلى 32 جيجا بايت شاملة. يشير العنوان الموجود داخل البطاقة إلى كتلة 512 بايت.
• SDXC. تبلغ سعة البطاقة أكثر من 32 جيجا بايت وتصل إلى 128 تيرابايت. يشير العنوان الموجود داخل البطاقة إلى كتلة 512 بايت.

• تحتوي البتة 47 (أقصى اليسار) دائمًا على القيمة 0.
• تحتوي البتة 46 دائمًا على القيمة 1.
• تحتوي البتات 45..40 على فهرس الأوامر.
• تحتوي البتات 39..8 على وسيطات الأمر.
• تحتوي البتات 7..1 على CRC من البتات السابقة.
• يحتوي البت 0 دائمًا على القيمة 1.

1.2 التهيئة

1. بعد تشغيل الطاقة ، انتظر 1 مللي ثانية على الأقل.
2. توليد ما لا يقل عن 74 ساعة تبديل للبطاقة. يجب أن تكون خطوط CS و MOSI في حالة الوحدة المنطقية.
3. إنشاء أمر CMD0. يقوم الأمر CMD0 بإعادة تعيين بطاقة SD.
4. CMD0. R1. , R1 16 , 3. R1 , 0x01 ( ), 3, 5.
5. CMD8. .
6. CMD8. R7. , , , 7, , , 17, 13.
7. CMD55. CMD55 , .
8. CMD55. R1. 0x01 ( ), 7, 9.
9. ACMD41. ACMD41 , SDSC ( 0x00000000) .
10. ACMD41. R1. , , 11. , 0x00 ( ) 14, 7.
11. CMD1. CMD1 ACMD41.
12. CMD1. R1. , , 13, , 0x00 ( ), 14, 11.
13. . , . .
14. CMD16. , 512 .
15. CMD16. R1. , 0x00 ( ) 16, 13.
16. . . .
17. CMD55. CMD55 , .
18. CMD55. R1. 0x01 ( ), 17, 19.
19. ACMD41. ACMD41. ACMD41 , SDHC ( 0x40000000) .
20. ACMD41. R1. , , 13. , 0x00 ( ) 21, 17.
21. CMD58. .
22. في انتظار رد على أمر CMD58. الإجابة هي نوع الاستجابة R3. إذا تم تعيين بت في الرد بأن البطاقة تعمل مع عناوين كتلة 512 بايت ، فانتقل إلى الخطوة 16 ، وإلا إلى الخطوة 14.

خوارزمية الجرافيك

1.3 مسح المعلومات

1. CMD32. .
2. CMD32. R1. 0x00 ( - ), 3, 4.
3. . , .
4. CMD33. . , CMD32.
5. CMD33. R1. 0x00 ( - ), 3, 6
6. إرسال أمر CMD38. الأمر الخاص بمسح المعلومات من الكتل المحددة. يجب إرسال أي 4 بايت كوسيطة ، باستثناء القيم 0x00000001 ، 0x00000002.
7. في انتظار رد على أمر CMD38. الجواب هو استجابة من النوع R1b. هذه نسخة موسعة من الإجابة عندما تولد البطاقة استجابة R1 ، ثم ترسم خط MISO إلى الصفر ، مما يشير إلى أن الشريحة مشغولة. من الضروري الانتظار حتى تظهر قيمة الوحدة على خط MISO. إذا لم تكن الإجابة 0x00 (حدث خطأ أثناء تنفيذ الأمر) ، فانتقل إلى الخطوة 3 ، وإلا إلى الخطوة 8
8. استكمال خوارزمية المحو.

خوارزمية الجرافيك

1.4 معلومات القراءة

1.4.1 قراءة كتلة بيانات واحدة

1.4.2 قراءة كتل بيانات متعددة

• رمز البيانات يستخدم الأمر read القيمة 0xFE.
• كتلة البيانات. يحتوي على بيانات مقروءة من البطاقة.
• اتفاقية حقوق الطفل تحتوي على المجموع الاختباري من الحقول السابقة.

1. إرسال أمر CMD18. يخبر الأمر البطاقة أنه سيتم قراءة كتل متعددة.
2. في انتظار رد على أمر CMD18. الجواب هو استجابة من نوع R1. إذا لم تكن الإجابة 0x00 (حدث خطأ أثناء تنفيذ الأمر) ، فانتقل إلى الخطوة 3 ، وإلا إلى الخطوة 4.
3. حالة الخطأ. فشلت القراءة ، فخرجت من خوارزمية القراءة.
4. في انتظار رمز مميز من البطاقة. إذا تم استلام رمز خطأ من البطاقة ، فانتقل إلى الخطوة 3 ، أو انتقل إلى الخطوة 5.
5. تلقي من حجم بطاقة كتلة بيانات 512 بايت.
6. استقبال من حجم حقل CRC للبطاقة 2 بايت.
7. . , 8, 4.
8. CMD12. . , Data Packet, .
9. CMD12. R1b. R1, MISO , . MISO , . 0x00 ( - ), 3, 10.
10. .

خوارزمية الجرافيك

1.5 معلومات التسجيل

1.5.1 كتابة كتلة بيانات واحدة

1.5.2 كتابة كتل بيانات متعددة

• رمز البيانات بالنسبة للأمر write ، يتم استخدام القيمة 0xFC.
• كتلة البيانات. يحتوي على بيانات مكتوبة على البطاقة.
• اتفاقية حقوق الطفل تحتوي على المجموع الاختباري من الحقول السابقة.

• إرسال أمر CMD25. يخبر الأمر البطاقة أنه ستتم كتابة كتل متعددة.
• CMD25. R1. 0x00 ( - ), 3, 4.
• . , .
• .
• 512 .
• CRC 2 .
• Data Response . , 3, 8.
• . , 9, 4.
• Stop Tran Token. , .
• في انتظار رد من البطاقة. توجه البطاقة على Stop Tran Token خط MISO إلى الصفر ، مما يشير إلى أن البطاقة مشغولة. من الضروري الانتظار على سطر MISO لقيمة الوحدة ، والتي ستشير إلى نهاية الأمر
• الانتهاء من خوارزمية التسجيل.

خوارزمية الجرافيك

2. تنفيذ الخوارزمية في الأجهزة

• تشكيل التردد الأولي. يجب أن تكون خطوط CS و MOSI في حالة الوحدة المنطقية.
• نقل البيانات إلى بطاقة SD.
• استقبال البيانات من بطاقة SD.
• في انتظار الانتهاء من الفريق. يتم استخدامه عندما تقوم بطاقة SD ، بعد إنشاء استجابة ، برسم خط MISO إلى الصفر من أجل انتظار ظهور الوحدة.
• اقرأ الرد عند كتابة البيانات.
• في انتظار رمز مميز أثناء قراءة البيانات.

• إشارة الساعة لتهيئة.
• إشارة الساعة للعمل.

• مكون الطبقة المادية ، التي ترتبط مباشرة ببطاقة SD ، يولد إشارات SCLK و CS و DI ويقرأ مع DO.
• مكون على مستوى الأمر يعد كل البيانات لمكون في الطبقة المادية.
• مكون للتواصل مع العالم الخارجي يخفي الجهاز الداخلي بالكامل ويوفر واجهة للأوامر (القراءة والكتابة والمحو) والبيانات.

2.1 مكون الطبقة المادية

entity SDPhy is
	generic	(	gTCQ		: time := 2 ns );
	port	(	-- Control bus
			iPhyTxData	: in	std_logic_vector( 9 downto 0);
			iPhyMode	: in	std_logic_vector( 4 downto 0);
			iPhyTxWrite	: in	std_logic;
			oPhyTxReady	: out	std_logic; 
			-- Out Data
			oPhyRxData	: out	std_logic_vector( 7 downto 0); 
			oPhyRxWrite	: out	std_logic;
			oPhyCmdEnd	: out	std_logic;
			-- Spi
			oSdCS		: out	std_logic;
			oSdClk		: out	std_logic;
			oSdMosi		: out	std_logic;
			oSdMosiT	: out	std_logic;
			iSdMiso		: in	std_logic;
			-- system
			sclk		: in	std_logic;
			pclk		: in	std_logic;
			rst		: in	std_logic ); 
end SDPhy;

• iPhyTxData , iPhyMode , .
• iPhyTxWrite , iPhyTxData iPhyMode .
• oPhyTxReady , . FULL FIFO, .
• oPhyRxData , SD-.
• oPhyRxWrite , oPhyRxData .
• oPhyCmdEnd , .
• oSdCS (CS) SD-.
• oSdClk SD-.
• oSdMosi SD-.
• oSdMosiT SD-.
• iSdMiso SD-.
• sclk SD- (50 ).
• pclk , .
• إعادة تعيين إشارة ، المستوى النشط الأول.

• توفر حالة SDummy تشكيل التردد الأولي ، 128 التبديل.
• توفر حالة STxBits نقل البيانات إلى بطاقة SD.

• توفر حالة sRxBits استقبال البيانات من بطاقة SD.
• تضمن حالة sBusy أن تكون بطاقة SD جاهزة (تقوم البطاقة بتحرير خط MISO إلى مستوى الوحدة).
• تطبق حالة sResp قراءة الاستجابة عند كتابة البيانات.
• تنفذ حالة sToken انتظارًا مميزًا أثناء قراءة البيانات.

2.2 مكون على مستوى القيادة

entity SdCommand is
	generic	(	gTCQ		: time := 2 ns );
	port	(	-- Command from host
			oSdInitComp	: out	std_logic;
			oSdInitFail	: out	std_logic;
			iSdAddress	: in	std_logic_vector(31 downto 0);
			iSdStartErase	: in	std_logic;
			iSdStartRead	: in	std_logic;
			iSdStartWrite	: in	std_logic;
			oSdCmdFinish	: out	std_logic_vector( 1 downto 0);
			oSdhcPresent	: out	std_logic;
			-- Data
			oSdReadData	: out	std_logic;
			iSdDataR	: in	std_logic_vector(31 downto 0);
			oSdWriteData	: out	std_logic;
			oSdDataW	: out	std_logic_vector(32 downto 0);
			-- Spi
			oSdCS		: out	std_logic;
			oSdClk		: out	std_logic;
			oSdMosi		: out	std_logic;
			oSdMosiT	: out	std_logic;
			iSdMiso		: in	std_logic;
			-- system
			pclk		: in	std_logic;
			sclk		: in	std_logic;
			rst		: in	std_logic );

• oSdInitComp تسجيل الانتهاء من تهيئة بطاقة SD.
• علامة oSdInitFail من فشل التهيئة.
• عنوان iSdAddress في بطاقة SD لتنفيذ الأمر.
• بدء iSdStartErase محو تنفيذ الأمر.
• بدء iSdStartRead قراءة تنفيذ الأمر.
• iSdStartWrite بدء تنفيذ أمر الكتابة.
• حالة إكمال فريق oSdCmdFinish. بت صفر يساوي واحد ، اكتمل الأمر بنجاح. البت الأول هو واحد ، اكتمل الأمر بخطأ.
• oSdhcPresent علامة الكشف عن بطاقة SDHC / SDXC.
• oSdReadData قراءة البيانات للكتابة على بطاقة SD.
• بيانات iSdDataR للكتابة على بطاقة SD.
• علامة oSdWriteData لكتابة البيانات المقروءة من بطاقة SD.
• قراءة بيانات oSdDataW من بطاقة SD.

• smSdInit ( github ) - تهيئة بطاقة SD.
• ؛ smSdErase ( github ) - محو البيانات من بطاقة SD.
• smSdRead ( github ) - قراءة البيانات من بطاقة SD.
• ؛ smSdWrite ( github ) - كتابة البيانات على بطاقة SD.
• smSdCommand ( github ) - على أساس الميزات التي تم إنشاؤها تعد البيانات للطبقة المادية من جميع الأجهزة السابقة.

2.3 مكون التواصل مع العالم الخارجي

entity SdHost is
	generic	(	gTCQ		: time := 2 ns );
	port	(	-- Sd Host command
			iSdCommand	: in	std_logic_vector( 2 downto 0);
			iSdAddress	: in	std_logic_vector(31 downto 0);
			iSdStart	: in	std_logic;
			oSdStatus	: out	std_logic_vector( 1 downto 0);
			oSdInitFail	: out	std_logic;
			-- Write data to card
			iSdTxData	: in	std_logic_vector(31 downto 0);
			iSdTxValid	: in	std_logic;
			iSdTxLast	: in	std_logic;
			oSdTxReady	: out	std_logic;
			-- Read data from card
			oSdRxData	: out	std_logic_vector(31 downto 0);
			oSdRxValid	: out	std_logic;
			oSdRxLast	: out	std_logic;
			iSdRxReady	: in	std_logic;
			-- Spi
			oSdCS		: out	std_logic;
			oSdClk		: out	std_logic;
			oSdMosi		: out	std_logic;
			oSdMosiT	: out	std_logic;
			iSdMiso		: in	std_logic;
			-- system
			pclk		: in	std_logic;
			sclk		: in	std_logic;
			rst		: in	std_logic );

• رمز الأمر iSdCommand للتنفيذ.
• iSdAddress هو عنوان تنفيذ الأمر.
• بدء تنفيذ الأمر iSdStart.
• حالة استكمال فريق oSdStatus. بت صفر يساوي واحد - اكتمال الأمر. البت الأول هو واحد - اكتمل الأمر بخطأ.
• علامة oSdInitFail من فشل التهيئة.
• iSdTxData. واجهة Axi-Stream لكتابة البيانات على بطاقة SD. منفذ مع البيانات.
• iSdTxValid. واجهة Axi-Stream لكتابة البيانات على بطاقة SD. منفذ بإشارة كتابة.
• iSdTxLast. واجهة Axi-Stream لكتابة البيانات على بطاقة SD. ميناء مع علامة dw الأخير في البيانات.
• oSdTxReady. واجهة Axi-Stream لكتابة البيانات على بطاقة SD. منفذ مع علامة الاستعداد لتلقي البيانات.
• oSdRxData. واجهة Axi-Stream لقراءة البيانات من بطاقة SD. منفذ مع البيانات.
• oSdRxValid. واجهة Axi-Stream لقراءة البيانات من بطاقة SD. منفذ بإشارة كتابة.
• oSdRxLast. واجهة Axi-Stream لقراءة البيانات من بطاقة SD. ميناء مع علامة dw الأخير في البيانات.
• iSdRxReady. واجهة Axi-Stream لقراءة البيانات من بطاقة SD. منفذ مع علامة الاستعداد لتلقي البيانات.

• الدولة المنفردة. في انتظار التهيئة والأمر لإكمال.
• حالة sWaitCmd. التحقق من نوع الأمر.
• sReadCmd. FIFO, , SD- .
• sWriteCmd. , FIFO SD-, .
• sEraseCmd. .
• sWaitEnd. .
• sFinish. , .

3.

• ضع العنوان في بطاقة SD.
• تعيين رمز الأمر 2.
• كتابة البيانات في المخزن المؤقت الموجود في منطق برمجة.
• قم بتشغيل الأمر.
• انتظر حتى يكتمل الأمر.
• إعادة تعيين حالة إكمال الفريق.

for (SectorAddress = 0; SectorAddress < 1048576; SectorAddress ++)
{
	if ((SectorAddress % 1024) == 0)
	{
		xil_printf("Data write to %d sector \n\r", SectorAddress);
	}

	/** Set address */
	Xil_Out32(0x43c00008, SectorAddress);

	/** Set command */
	Xil_Out32(0x43c00004, 2);

	/** Write data to PL */
	for (int32_t i = 0; i < 1024; i++)
	{
		Xil_Out32(0x43c00014, cntrData);
		cntrData++;
	}

	/** Start */
	Xil_Out32(0x43c00000, 1);

	/** Wait end of operation */
	for (;;)
	{
		status = Xil_In32(0x43c0000c);
		if (status == 0x01 || status == 0x03)
		{
			if (status == 0x03)
			{
				xil_printf("Error in write \n\r");
			}
			break;
		}
		else
		{
			cntrDuration++;
			usleep(100);
		}
	}

	/** Duration operation */
	durationWrite += cntrDuration;

	if (cntrDuration > MaxWrite )
	{
		MaxWrite = cntrDuration;
	}

	cntrDuration = 0x00;

	/** Clear start */
	Xil_Out32(0x43c00000, 0);

	SectorAddress += 7;
}

• ضع العنوان في بطاقة SD.
• تعيين رمز الأمر 1.
• قم بتشغيل الأمر.
• انتظر حتى يكتمل الأمر.
• إعادة تعيين حالة إكمال الفريق.
• قراءة البيانات من المخزن المؤقت في منطق برمجة.

for (SectorAddress = 0; SectorAddress < 1048576; SectorAddress++)
{
	if ((SectorAddress % 1024) == 0)
	{
		xil_printf("Data read from %d sector \n\r", SectorAddress);
	}

	/** Set address */
	Xil_Out32(0x43c00008, SectorAddress);

	/** Set command */
	Xil_Out32(0x43c00004, 1);

	/** Start */
	Xil_Out32(0x43c00000, 1);

	/** Wait end of operation */
	for (;;)
	{
		status = Xil_In32(0x43c0000c);
		if (status == 0x01 || status == 0x03)
		{
			 if (status == 0x03)
			{
				xil_printf("Error in read \n\r");
			}
			break;
		}
		else
		{
			cntrDuration++;
			usleep(100);
		}
	}

	 /** Duration operation */
	 durationRead += cntrDuration;

	 if (cntrDuration > MaxRead )
	 {
		 MaxRead = cntrDuration;
	 }

	cntrDuration = 0x00;

	/** Clear start */
	Xil_Out32(0x43c00000, 0);

	/** Read data from PL */
	for (int32_t i = 0; i < 1024; i++)
	{
		DataR = Xil_In32(0x43c0001c);
		if (DataR != cntrData)
		{
			xil_printf("Data corrupt! \n\r");
		}
		DataR = Xil_In32(0x43c00020);
		cntrData++;
	}

	SectorAddress += 7;
}

• ضع العنوان في بطاقة SD.
• تعيين كود الأمر 4.
• قم بتشغيل الأمر.
• انتظر حتى يكتمل الأمر.
• إعادة تعيين حالة إكمال الفريق.

for (SectorAddress = 0; SectorAddress < 1048576; SectorAddress++)
{
	if ((SectorAddress % 1024) == 0)
	{
		xil_printf("Data erase from %d sector \n\r", SectorAddress);
	}

	/** Set address */
	Xil_Out32(0x43c00008, SectorAddress);

	/** Set command */
	Xil_Out32(0x43c00004, 4);

	/** Start */
	Xil_Out32(0x43c00000, 1);

	/** Wait end of operation */
	for (;;)
	{
		status = Xil_In32(0x43c0000c);
		if (status == 0x01 || status == 0x03)
		{
			if (status == 0x03)
			{
				xil_printf("Error in write! \n\r");
			}
			break;
		}
		else
		{
			cntrDuration++;
			usleep(100);
		}
	}

	/** Duration operation */
	durationErase += cntrDuration;

	if (cntrDuration > MaxErase )
	{
		MaxErase = cntrDuration;
	}

	cntrDuration = 0x00;

	/** Clear start */
	Xil_Out32(0x43c00000, 0);

	SectorAddress += 7;
}

4. النتائج