Blob中TF卡驱动程序的设计 Android对TF卡的挂载方法
硬件平台基于应用处理器pxa310，软件平台基于嵌入式linux的android操作系统。首先介绍了tf卡与应用处理器的连接电路设计。然后介绍tf卡驱动程序的设计和android对tf卡的挂载方法。在tf卡驱动程序设计中采用了spi工作模式和fat32文件系统，描述了fat32文件系统的移植。最后介绍了系统调试，并展示了tf卡在视频数据采集单元中应用的设计结果。
嵌入式系统调试一般使用串口、jtag、usb或网卡来下载系统镜像到目标机中。使用串口下载镜像，协议简单，接口通用，但传输速率太慢。使用jtag下载镜像，传输速率较高，但需要专用的jtag调试器，价格较高，限制了调试环境。使用usb或网卡下载镜像速度快、接口通用，但一般做成产品后的嵌入式设备不需要留出通用的usb或以太网接口，从而增加了设计的复杂性和开发成本。在移动嵌入式产品开发过程中，如果使用transflash(tf)卡代替usb或以太网口，由于tf卡一般又都是移动嵌入式产品的必要构成部分，这样做一般可以减小嵌入式系统调试的复杂性和成本。本文提出使用tf卡更新镜像的方法，并在实际的嵌入式系统调试中成功应用。使用tf卡下载系统镜像，速度与通用性都很好，既省去了调试中对其他下载设备的设计需求，又解决了最终产品大容量存储器的设计问题。
1 transfiash卡与应用处理器的连接电路设计 本文调试的嵌入式系统，是一种视频数据采集与传输单元，以pxa310为中央处理器，采集到的视频数据由pxa310进行压缩编码处理，之后发送到网络中去，供用户查看。系统调试过程中，视频数据可以存储到tf卡中。
tf卡模块在系统中主要有两个方面的作用：
一是在嵌入式系统开发调试过程中用于将系统镜像到目标版；二是作为最终嵌入式系统产品的大容量存储器。
sd卡有两个可选的通信协议：sd模式和spi模式。sd模式是sd卡标准的读写方式，但要求主控制器带有sd卡控制器。pxa310本身没有tf卡控制器接口，选用sd模式通信就无形中增加了产品的硬件成本，选择spi模式可以说是一种最佳的解决方案，相对于sd模式，spi模式接口与协议简单、易于操作。这时tf卡在pxa3 10 mmc／sd／sdio主控制器控制下工作。
2 blob中tf卡的驱动设计以及fat32文件系统移植 2．1 设计tf卡spi模式驱动
tf卡操作遵循sd卡协议，tf卡的操作完全与sd卡相同。相对于sd模式，spi模式接口与协议简单、易于操作。pxa310带有mmc／sd／sdio主控制器，但由于blob中没有提供sd卡与主控制器的具体驱动，实现完整驱动的难度较大，故本文采用gpio口模拟的spi模式读写tf卡，运行到linux内核后再加载主控制器驱动运行sd模式的方式，性能与实现难度都可兼顾。
spi模式tf卡总线采用主从问答式协议。主机发送命令command，tf卡应答回复response。sd卡命令有两种，cmdx和acmdx。acmd是应用指令集，属于扩展指令集，在发送任何的acmd之前，必须先发送cmd55激活，才可以使用acmd指令集。发送完一个acmd，并且卡响应了此指令之后，cmd55的作用就消失了，所以要发送多个或多次发送一个acmd，需要循环发送cmd55+acmd。
2．2 spi模式初始化tf卡流程
tf卡默认的通信模式是sd模式，本文要在spi模式下设计tf卡驱动，需要从sd模式切换到spi。为此，先将tf卡上电，延时74个时钟周期后发送复位命令cmd0，同时将sd卡的cs片选信号置低，若此时接收到应答信号为0x01，说明tf卡进入了spi模式。
tf卡与mmc卡都可用spi模式驱动，故在初始化时可考虑与mmc卡的兼容性。在发送cmd0成功接收到应答信号后，连续发送cmd55+acmd41，若cmd55回复0x01而acmd41回复0x00，则tf卡初始化成功。若没有完整的应答，则改发cmd1，若cmd1成功回复0x00，则mmc卡初始化成功。
在spi模式下，tf卡的初始化时钟频率不能超过400 khz。初始化成功后，就可以配置高速时钟下tf卡的读写操作了。图2为tf卡初始化流程图。
在blob中完成tf卡初始化，还需要初始化pxa310的gpio口，并根据对应tf卡的引脚配置其输入输出关系。
在blob中，pxa3 10的pxa_sd_d2、pxa_sd_d3、pxa_sd_cmd、pxa_sd_clk、pxa_sd_d0、pxa_sd_d1这几个i／o口并没设置为gpio口，不能在软件上进行读写操作，要使用spi模式，必须将这几个io口设置为gpio。通过在mfp寄存器中配置io口的功能号，再配置相应参数即可实现。
2．3 通过spi读写tf卡的程序设计
tf卡的读写以块为单位，初始化完成后，使用cmd16设置sd卡读写块长度(512 b)，发送cmd17和cmd24读单块写单块，发送cmd18和cmd25读多块和写多块。实现tf驱动层中读写函数的逻辑流程如图3所示。
2．4 fat32文件系统移植
在文中，fat32文件系统移植主要包括系统初始化和文件管理程序修改(主要是文件读取)。fat32的初始化就是找到各个部分的起始扇区位置。首先查找mbr的分区表，获取分区信息，然后找到每个分区的dbr，再根据dbr中的bpb得到分区的起始扇区、结束扇区、文件系统类型、fat表个数、每簇占用扇区数等信息。最后根据下面的算法得到文件分配表fat、文件目录表fdt和数据区data的起始扇区。fat32读取文件流程如图4所示。
2．5 设计blob命令下载系统镜像
blob启动之后，首先初始化一些基本的硬件设备如串口等，然后检测系统内存映射，设置cpu运行频率等一些参数，接着就进入了命令行模式。
在blob中提供tfdownload命令，主函数的形参就是接收到的命令内容和参数。若参数为“init”，则调用tf卡驱动的初始化，否则将此参数作为文件名传给fat32文件系统打开并读取文件内容。最终实现“tfdownloadinit”调用tf卡驱动初始化tf卡。使用“tfdownload”+文件名可以调用fat32文件系统和tf卡的驱动下载该文件名的镜像到内存中。
2．6 makefile文件修改与交叉编译
(1)tf卡驱动与fat32文件系统编译
按照blob中驱动程序的结构，tf卡驱动与fat32文件系统源文件保存在／src／blob／platform／common／source目录下，而fat32文件系统头文件在／src／blob／platform／common／include目录下，要在编译blob的时候将添加的驱动一起编译，需要更改相应的makefile。
在／src／blob／platform／source下有三个makefile文件，分别是makefile．am，makefile和makefile．in，修改makefile．am即可，makefile和makefile．in会自动修改。主要增加makefile的头文件寻找目录和编译文件。
(2)blob命令编译
src／commands下的命令编译由同目录的makefile确定，同样需要修改makefile使添加的命令编译到blob中去。另外，要使该命令在blob中生效，还需要修改blob的configure．in文件，在configure．in中添加：blob_commands=“$blob_commands，tfdownload”；。
(3)编译blob
linux-2．6．25中集成了blob，用linux-2．6．25的工具链编译好之后，在…／pxalinux／mhn-linux-platform／rel／target／bin中，boot_nontrust．bin就是生成的blob镜像。
2．7 系统镜像下载的实现
先用tfdownload init命令初始化tf卡驱动，然后使用tfdownload下载系统镜像到内存中，再使用nandwrite命令写入nandflash中。
3 android下挂载tf卡实现数据存储 在android系统中使用tf卡做储存器，必须先将tf卡挂载到android上。要启用void，需要在android启动配置文件init．rc中关闭mountd并开启void服务。通过对配置文件init．rc进行下面的修改完成此项功能。
service void／system／bin／void ／／vold服务开启socket void stream 0660 root mount
……
#service mountd／system／bin／mountd／／mountd服务关闭(被注释了)#socket mountd stream 0660 root mount
void．conf文件是void程序挂载设备的配置文件，里面记载了挂载设备的设备路径、设备类型以及挂载的目标位置(挂载点)。需要在该文件中加入tf卡的挂载信息，然后，将void．conf加入到system／etc目录下，void程序就可以直接读取该配置文件了。
fat32属于windows分区，因为windows分区里面的文件是没有权限这个概念的，所以在linux系统中使用此分区时要手动指定默认权限。挂载tf卡之后android的／sdcard目录不能直接通过chmod命令来修改对于system组的读写权限，在system下是无法直接访问tf卡的，需要在挂载的时候添加权限。在void中，真实挂载tf卡的操作如下：
rc=mount(devpath，vol->mount_point，“vfat”，flags，“utf8，uid=1000，gid=1000，fmask=711，dmask=700，shortname=mix ed”)；其中uid代表属主，uid=1 000代表system用户，fmask和dmask分别对应文件和目录的权限8进制码的反码。
4 设计结果展示 本文调试的数据采集与传输单元实物如图5所示，tf卡位于pcb板右上角。使用该单元录制视频并保存在tf卡中，设定录制时间为30 s，30 s后关闭，取出tf卡，将tf卡与pc连接，录像文件效果如图6所示。
使用tf卡下载系统镜像操作步骤如下：
（1）用“tfdownload init”命令初始化tf卡驱动，返回“tf card init success！”即表示tf卡初始化成功。
（2）然后使用“tfdownload”+文件名的方式下载系统镜像到内存中，显示“tfcard download done！”即表示tf卡下载镜像成功。
（3）最后使用nandwrite命令将内存中的镜像写入nandflash中，返回“done！”即表示写入成功。
使用vold挂载tf卡的操作结果如图7所示。其中“logcat—s void”用来显示void运行的输出信息。“new mmc card‘0000’added”表示成功加载tf卡，“disk…。.new blkdev 179．0”表示tf卡作为一个块设备被成功加载，“partition…。.new blkdev 179．1”表示tf卡第一个分区被成功加载，“successfully mounted vfat filesystem179：1”表示成功挂载fat32分区。到这一步，android系统就已经成功挂载了fat32系统的tf卡。
5 结语 本文结合嵌入式开发调试和嵌入式大容量存储的背景，提出并实现了一个使用tf卡进行嵌入式系统开发调试及存储应用的方案。在嵌入式系统调试中使用tf卡下载系统镜像，速度与通用性都很好，还可以很方便的和pc机交换数据。作为嵌入式产品的一个构成部分，使用tf卡调试既省去了其他下载设备的设计，又可以在系统中作为大容量存储器使用。本文具体完成的工作包括tf卡同应用处理器的连接电路设计、tf卡的驱动程序设计和fat32文件系统移植、在android平台下实现了tf卡的自动挂载。
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1 transfiash卡与应用处理器的连接电路设计 本文调试的嵌入式系统，是一种视频数据采集与传输单元，以pxa310为中央处理器，采集到的视频数据由pxa310进行压缩编码处理，之后发送到网络中去，供用户查看。系统调试过程中，视频数据可以存储到tf卡中。
tf卡模块在系统中主要有两个方面的作用：
一是在嵌入式系统开发调试过程中用于将系统镜像到目标版；二是作为最终嵌入式系统产品的大容量存储器。
sd卡有两个可选的通信协议：sd模式和spi模式。sd模式是sd卡标准的读写方式，但要求主控制器带有sd卡控制器。pxa310本身没有tf卡控制器接口，选用sd模式通信就无形中增加了产品的硬件成本，选择spi模式可以说是一种最佳的解决方案，相对于sd模式，spi模式接口与协议简单、易于操作。这时tf卡在pxa3 10 mmc／sd／sdio主控制器控制下工作。
2 blob中tf卡的驱动设计以及fat32文件系统移植 2．1 设计tf卡spi模式驱动
tf卡操作遵循sd卡协议，tf卡的操作完全与sd卡相同。相对于sd模式，spi模式接口与协议简单、易于操作。pxa310带有mmc／sd／sdio主控制器，但由于blob中没有提供sd卡与主控制器的具体驱动，实现完整驱动的难度较大，故本文采用gpio口模拟的spi模式读写tf卡，运行到linux内核后再加载主控制器驱动运行sd模式的方式，性能与实现难度都可兼顾。
spi模式tf卡总线采用主从问答式协议。主机发送命令command，tf卡应答回复response。sd卡命令有两种，cmdx和acmdx。acmd是应用指令集，属于扩展指令集，在发送任何的acmd之前，必须先发送cmd55激活，才可以使用acmd指令集。发送完一个acmd，并且卡响应了此指令之后，cmd55的作用就消失了，所以要发送多个或多次发送一个acmd，需要循环发送cmd55+acmd。
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tf卡默认的通信模式是sd模式，本文要在spi模式下设计tf卡驱动，需要从sd模式切换到spi。为此，先将tf卡上电，延时74个时钟周期后发送复位命令cmd0，同时将sd卡的cs片选信号置低，若此时接收到应答信号为0x01，说明tf卡进入了spi模式。
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blob启动之后，首先初始化一些基本的硬件设备如串口等，然后检测系统内存映射，设置cpu运行频率等一些参数，接着就进入了命令行模式。
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在／src／blob／platform／source下有三个makefile文件，分别是makefile．am，makefile和makefile．in，修改makefile．am即可，makefile和makefile．in会自动修改。主要增加makefile的头文件寻找目录和编译文件。
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3 android下挂载tf卡实现数据存储 在android系统中使用tf卡做储存器，必须先将tf卡挂载到android上。要启用void，需要在android启动配置文件init．rc中关闭mountd并开启void服务。通过对配置文件init．rc进行下面的修改完成此项功能。
service void／system／bin／void ／／vold服务开启socket void stream 0660 root mount
……
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void．conf文件是void程序挂载设备的配置文件，里面记载了挂载设备的设备路径、设备类型以及挂载的目标位置(挂载点)。需要在该文件中加入tf卡的挂载信息，然后，将void．conf加入到system／etc目录下，void程序就可以直接读取该配置文件了。
fat32属于windows分区，因为windows分区里面的文件是没有权限这个概念的，所以在linux系统中使用此分区时要手动指定默认权限。挂载tf卡之后android的／sdcard目录不能直接通过chmod命令来修改对于system组的读写权限，在system下是无法直接访问tf卡的，需要在挂载的时候添加权限。在void中，真实挂载tf卡的操作如下：
rc=mount(devpath，vol->mount_point，“vfat”，flags，“utf8，uid=1000，gid=1000，fmask=711，dmask=700，shortname=mix ed”)；其中uid代表属主，uid=1 000代表system用户，fmask和dmask分别对应文件和目录的权限8进制码的反码。
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（1）用“tfdownload init”命令初始化tf卡驱动，返回“tf card init success！”即表示tf卡初始化成功。
（2）然后使用“tfdownload”+文件名的方式下载系统镜像到内存中，显示“tfcard download done！”即表示tf卡下载镜像成功。
（3）最后使用nandwrite命令将内存中的镜像写入nandflash中，返回“done！”即表示写入成功。
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