基于FPGA的SD UHS-Ⅱ卡控制器设计与实现

发布时间：2017-05-19 11:07

  本文关键词：基于FPGA的SD UHS-Ⅱ卡控制器设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：SD存储卡被广泛应用在数码产品上，是主要的存储卡标准。SD卡主控制器是SD卡工作所必须的部分，广泛集成在移动多媒体设备中。SD卡不断更新换代，SD卡主控产品也随之更新。对SD卡主控制器的研究具有很高应用价值。本文设计实现的SD卡主控制器基于FPGA，遵从SD4.0标准规范支持高速UHS-II卡，满足高清数码领域的高速传输的要求。并可以经IC后端部门整合为SD卡控制芯片，投入市场应用。 本文首先研究了最新SD卡有关协议标准和SD卡主控制器有关协议，划分了SD卡主控制器的整体结构和各模块的功能，主要设计其中的SD控制模块，时钟控制模块和采样时钟选择模块，并做功能仿真，，逻辑综合。最后对整体设计在FPGA开发板上做测试和验证。 SD控制模块是主控制器与SD卡之间的通信接口，控制命令与响应传输和数据传输。设计合理的状态机实现主控制器与SD卡的信息通信和数据传输功能。使用CRC校验的方法确保可靠的命令和数据信号传输。时钟控制模块提供SD主控制器和SD卡工作所需要的时钟。使用DCM提供可变的时钟信号，并且利用可动态配置的优点，提供灵活可变的时钟频率，实现工作模式的动态调整。SD卡工作在高速模式时，为正确采样到数据，需找到最佳采样时钟相位。通过设计采样时钟调谐模块和合理的状态机，对覆盖时钟间隔的一系列不同相位采样时钟进行测试，最终找出最佳采样时钟。最后进行整体设计的板上验证调试，验证了基本应用场景的功能和不同工作模式的读写性能。 本文最终设计实现的SD卡控制器支持各种新旧标准的SD卡。对东芝UHS-II工程样卡的读写速度分别可达258MB/s，231MB/s。对普通SD卡的读写速度也符合要求。本文的研究工作是在武汉凹凸电子有限公司开展的，属于商业项目的一部分，该项目已有相关产品问世。
【关键词】：FPGA SD主控制器 采样时钟
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题来源9
• 1.2 论文研究的背景和意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-12
• 1.4 本文结构安排12-13
• 第2章 SD 存储卡与主控制器相关规范13-25
• 2.1 SD 存储卡结构13-16
• 2.1.1 SD 管脚13-15
• 2.1.2 SD 存储卡基本寄存器15-16
• 2.2 SD 卡工作模式16-20
• 2.2.1 卡初始化模式17-19
• 2.2.2 数据传输模式19-20
• 2.3 SD 总线协议20-24
• 2.3.1 SD 卡工作模式21-22
• 2.3.2 SD 总线拓扑结构22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 SD 主控制器结构25-33
• 3.1 SD IO 模块25-26
• 3.2 时钟控制26-27
• 3.3 缓冲器控制27-29
• 3.4 SD 接口控制模块29
• 3.5 采样时钟调谐模块29-30
• 3.6 DMA 接口模块30-31
• 3.7 UHS-Ⅱ 接口模块31-32
• 3.8 SD 控制器驱动32
• 3.9 本章小结32-33
• 第4章 SD 控制器主要模块设计33-52
• 4.1 时钟模块33-36
• 4.1.1 DCM 配置33-34
• 4.1.2 动态重配置状态机34-36
• 4.2 SD 命令与数据传输控制36-43
• 4.2.1 命令与响应控制36-39
• 4.2.2 数据传输控制39-43
• 4.3 采样时钟 Tuning43-51
• 4.3.1 Tuning 原理与流程44-46
• 4.3.2 硬件模块设计46-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 SD 主控制器 FPGA 验证52-57
• 5.1 FPGA 验证环境52-53
• 5.2 FPGA 验证53-55
• 5.3 速度对比55
• 5.4 本章小结55-57
• 第6章 工作总结与展望57-59
• 6.1 工作总结57-58
• 6.2 展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 何伟;余征华;张玲;刘平净;;基于SoPC的SD卡控制器IP核的设计[J];电子技术应用;2011年03期

2 刘荣林;程晓东;;基于ARM和μC/OS-Ⅱ的SD卡文件系统设计[J];内蒙古大学学报(自然科学版);2009年03期

3 何丹;李树国;;SD存储卡接口SD模式的FPGA实现[J];微电子学与计算机;2014年01期

4 赵强;陈岚;;基于AHB总线协议的DMA控制器设计[J];微电子学与计算机;2014年02期

  本文关键词：基于FPGA的SD UHS-Ⅱ卡控制器设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：378507