SPI模式下MMC卡的读写机制
spi模式下mmc卡的读写机制
多媒体卡mmc（multimedia card）是由美国sandisk公司和德国simens公司于1997年共同开发的一种多功能flash存储设备。基于arm7芯片lpc2200实现对mmc卡的读写。使用lpc2200的串行外设接口（spi接口）对mmc卡进行控制，在spi模式下对mmc卡进行数据的读写。
关键词 mmc卡 lpc2200 接口设计 spi接口
引言
多媒体卡mmc的特点是闪存功耗低,密度高,体积小,可靠性高,可擦除,可重写,容量大；内置控制电路，可以使用在手机、数码相机、mp3、pda等多种数字设备上，可反复记录30万次；现在市场上的主流容量有128 mb~2 gb。
spi最早是由motorola公司提出的一种串行总线接口，支持mcu与外设的双工、同步串行通信。由于其简单的接口设计，只用4根线即可完成所有的通信工作，因此被大部分的mcu芯片所支持。利用被广泛支持的spi总线来进行mmc卡的读写，可解决没有mmc控制器的问题。
1 mmc卡
1.1 mmc卡简介
mmc卡的面积为24 mm×32 mm，厚度为1.4 mm。mmc卡的工作电压为2.7~3.6 v，时钟频率范围为0~20 mhz。为了支持广泛的应用，mmc卡接口简单（为7引脚），具有最大的可扩展性和可配置性。其中3脚为电源供应，数据操作通过4脚的串行总线完成。作为spi设备，mmc卡的spi通道由以下4个信号组成：cs(片选)，clk(时钟)，datein(主机到卡的数据信号)和dateout(卡到主机的数据信号)。cs是mmc卡的片选信号线，在整个spi操作过程中，必须保持低电平有效；clk便于同步；datein不但传输数据，还发送命令；dateout除了发送数据外，还传送应答信号。
1.2 mmc卡的spi协议
mmc存储卡有mmc和spi两种工作模式。mmc卡上电后即进入mmc模式；当片选(cs)线被拉低时发送reset(cmd0)指令会使mmc卡进入spi模式。如果需要从spi模式转入mmc模式，只能切断电源重新上电。
spi协议是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主设备和一个（或多个）从设备。spi接口是一种通用同步串行接口总线，字长为8位，用来与外部设备进行通信。该接口在工作时，主设备通过提供移位时钟和从使能信号来控制信息的流动。主设备的每次开始传送任务时，都先将片选（cs）线置低以激活mmc卡，使其进入工作状态。
mmc卡的spi协议的特点主要有： 被选中的卡总是对来自于主设备的指令有所响应的；当卡遇到错误时，会返回一个出错响应来代替期望的数据；指令的响应是一个8位或16位的结构；只支持单块读写操作。块的大小可以大到一个扇区(512字节)，小到1个字节。
2 硬件电路设计
mmc卡既可以采用mmc总线访问，也可以采用spi总线访问。大部分微处理器都有spi接口而没有mmc总线接口。如果采用i/o口模拟mmc总线，不但增加了软件的开销，而且对大多数微处理器来说，模拟mmc总线远不如真正的mmc总线速度快，这将大大降低总线数据传输的速度。
基于以上考虑，可以采用lpc2200微处理器的spi接口，设计访问mmc的硬件接口电路。lpc2200是系统的核心控制器，它的主要作用是将数据发送至mmc卡内存储。mmc卡的数据写入是以块为单位的，一块为512字节，所以当ram中存放了512字节数据时，lpc2200便将其一次性写入mmc卡中。
lpc2200微处理器与mmc卡卡座接口电路如图1所示，连接引脚如表1所列。
图1 mmc卡spi接口电路
表1 lpc2200与mmc卡卡座的连接引脚
3 spi模式下mmc卡的读写实现
3.1 mmc卡初始化
图2 mmc卡的初始化过程
在对mmc卡读写之前要进行初始化操作，这是确保mmc卡能在spi模式下进行正常数据读写的前提。mmc卡上电后默认进入mmc模式，等待至少74个时钟周期后，片选信号置低，发送cmd0。cmd0的命令索引位是000000，即发送命令字0x40、0x0、0x0、0x0、0x0、0x95。如果收到应答信号01h，则表示出错。然后向mmc卡发送cmd1，cmd1命令索引位是000001。因为进入闲置状态后crc校验默认关闭，故crc校验位可取任意值。收到正确的应答信号00h之后，mmc卡即进入spi模式；如果收到应答信号不是00h，则重发cmd1直到收到正确的应答。初始化过程如图2所示。
3.2 mmc卡块读写
初始化完成后，可使用默认的读写长度(512字节)进行mmc卡的读写；也可用cmd16来设置mmc卡的块读取长度，可以是1~512字节之间的任意值。但是对mmc卡的写过程则要求块长度必须为512字节。mmc卡读写数据时使用的是绝对地址，即从0开始编号的32位地址，这里使用块号来进行读写。块号是从0开始编号的，且每块的大小为一扇区（即512字节），故开始都必须将扇区号转换成绝对地址。
（1） 读取数据块向mmc卡发送cmd17，收到有效应答信号0x00后，开始接收数据。数据由数据起始令牌和数据块组成，其中起始令牌值为0xfe。当收起起始令牌后，随后接收数据块。读操作如图3所示。
图3 mmc卡的读操作
（2） 写入数据块向mmc卡发送cmd24，收到有效应答信号0x00后，开始发送数据。数据同样由数据起始令牌（0xfe）和数据块组成。写操作如图4所示。
图4 mmc卡的写操作
4 小结
spi总线接口简单易用、兼容性好，使用spi接口实现对mmc卡的读写操作是非常简单有效的。用spi接口可以实现每秒约1 mb的读写速度，而用mmc接口则可以达到每秒约3 mb的读写速度。虽然读写速度降低了一些，但是已经可以基本满足读写速度的要求。
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关键词 mmc卡 lpc2200 接口设计 spi接口
引言
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spi最早是由motorola公司提出的一种串行总线接口，支持mcu与外设的双工、同步串行通信。由于其简单的接口设计，只用4根线即可完成所有的通信工作，因此被大部分的mcu芯片所支持。利用被广泛支持的spi总线来进行mmc卡的读写，可解决没有mmc控制器的问题。
1 mmc卡
1.1 mmc卡简介
mmc卡的面积为24 mm×32 mm，厚度为1.4 mm。mmc卡的工作电压为2.7~3.6 v，时钟频率范围为0~20 mhz。为了支持广泛的应用，mmc卡接口简单（为7引脚），具有最大的可扩展性和可配置性。其中3脚为电源供应，数据操作通过4脚的串行总线完成。作为spi设备，mmc卡的spi通道由以下4个信号组成：cs(片选)，clk(时钟)，datein(主机到卡的数据信号)和dateout(卡到主机的数据信号)。cs是mmc卡的片选信号线，在整个spi操作过程中，必须保持低电平有效；clk便于同步；datein不但传输数据，还发送命令；dateout除了发送数据外，还传送应答信号。
1.2 mmc卡的spi协议
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spi协议是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主设备和一个（或多个）从设备。spi接口是一种通用同步串行接口总线，字长为8位，用来与外部设备进行通信。该接口在工作时，主设备通过提供移位时钟和从使能信号来控制信息的流动。主设备的每次开始传送任务时，都先将片选（cs）线置低以激活mmc卡，使其进入工作状态。
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2 硬件电路设计
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基于以上考虑，可以采用lpc2200微处理器的spi接口，设计访问mmc的硬件接口电路。lpc2200是系统的核心控制器，它的主要作用是将数据发送至mmc卡内存储。mmc卡的数据写入是以块为单位的，一块为512字节，所以当ram中存放了512字节数据时，lpc2200便将其一次性写入mmc卡中。
lpc2200微处理器与mmc卡卡座接口电路如图1所示，连接引脚如表1所列。
图1 mmc卡spi接口电路
表1 lpc2200与mmc卡卡座的连接引脚
3 spi模式下mmc卡的读写实现
3.1 mmc卡初始化
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在对mmc卡读写之前要进行初始化操作，这是确保mmc卡能在spi模式下进行正常数据读写的前提。mmc卡上电后默认进入mmc模式，等待至少74个时钟周期后，片选信号置低，发送cmd0。cmd0的命令索引位是000000，即发送命令字0x40、0x0、0x0、0x0、0x0、0x95。如果收到应答信号01h，则表示出错。然后向mmc卡发送cmd1，cmd1命令索引位是000001。因为进入闲置状态后crc校验默认关闭，故crc校验位可取任意值。收到正确的应答信号00h之后，mmc卡即进入spi模式；如果收到应答信号不是00h，则重发cmd1直到收到正确的应答。初始化过程如图2所示。
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图3 mmc卡的读操作
（2） 写入数据块向mmc卡发送cmd24，收到有效应答信号0x00后，开始发送数据。数据同样由数据起始令牌（0xfe）和数据块组成。写操作如图4所示。
图4 mmc卡的写操作
4 小结
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