TransFlash存儲(chǔ)卡在嵌入式系統(tǒng)調(diào)試中的應(yīng)用

摘要：硬件平臺(tái)基于應(yīng)用處理器PXA310，軟件平臺(tái)基于嵌入式Linux的Android操作系統(tǒng)。首先介紹了TF卡與應(yīng)用處理器的連接電路設(shè)計(jì)。然后介紹TF卡驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和Android對(duì)TF卡的掛載方法。在TF卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)中采用了SPI工作模式和FAT32文件系統(tǒng)，描述了FAT32文件系統(tǒng)的移植。最后介紹了系統(tǒng)調(diào)試，并展示了TF卡在視頻數(shù)據(jù)采集單元中應(yīng)用的設(shè)計(jì)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：TF卡；嵌入式系統(tǒng)；Android；自動(dòng)掛載

0 引言
嵌入式系統(tǒng)調(diào)試一般使用串口、JTAG、USB或網(wǎng)卡來(lái)下載系統(tǒng)鏡像到目標(biāo)機(jī)中。使用串口下載鏡像，協(xié)議簡(jiǎn)單，接口通用，但傳輸速率太慢。使用JTAG下載鏡像，傳輸速率較高，但需要專(zhuān)用的JTAG調(diào)試器，價(jià)格較高，限制了調(diào)試環(huán)境。使用USB或網(wǎng)卡下載鏡像速度快、接口通用，但一般做成產(chǎn)品后的嵌入式設(shè)備不需要留出通用的USB或以太網(wǎng)接口，從而增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和開(kāi)發(fā)成本。在移動(dòng)嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果使用TransFlash(TF)卡代替USB或以太網(wǎng)口，由于TF卡一般又都是移動(dòng)嵌入式產(chǎn)品的必要構(gòu)成部分，這樣做一般可以減小嵌入式系統(tǒng)調(diào)試的復(fù)雜性和成本。本文提出使用TF卡更新鏡像的方法，并在實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)調(diào)試中成功應(yīng)用。使用TF卡下載系統(tǒng)鏡像，速度與通用性都很好，既省去了調(diào)試中對(duì)其他下載設(shè)備的設(shè)計(jì)需求，又解決了最終產(chǎn)品大容量存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

1 TransFIash卡與應(yīng)用處理器的連接電路設(shè)計(jì)
本文調(diào)試的嵌入式系統(tǒng)，是一種視頻數(shù)據(jù)采集與傳輸單元，以PXA310為中央處理器，采集到的視頻數(shù)據(jù)由PXA310進(jìn)行壓縮編碼處理，之后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中去，供用戶(hù)查看。系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，視頻數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)到TF卡中。
TF卡模塊在系統(tǒng)中主要有兩個(gè)方面的作用：
一是在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)調(diào)試過(guò)程中用于將系統(tǒng)鏡像到目標(biāo)版；
二是作為最終嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的大容量存儲(chǔ)器。
SD卡有兩個(gè)可選的通信協(xié)議：SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡標(biāo)準(zhǔn)的讀寫(xiě)方式，但要求主控制器帶有SD卡控制器。PXA310本身沒(méi)有TF卡控制器接口，選用SD模式通信就無(wú)形中增加了產(chǎn)品的硬件成本，選擇SPI模式可以說(shuō)是一種最佳的解決方案，相對(duì)于SD模式，SPI模式接口與協(xié)議簡(jiǎn)單、易于操作。這時(shí)TF卡在PXA3 10 MMC／SD／SDIO主控制器控制下工作。

2 Blob中TF卡的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)以及FAT32文件系統(tǒng)移植
2．1 設(shè)計(jì)TF卡SPI模式驅(qū)動(dòng)
TF卡操作遵循SD卡協(xié)議，TF卡的操作完全與SD卡相同。相對(duì)于SD模式，SPI模式接口與協(xié)議簡(jiǎn)單、易于操作。PXA310帶有MMC／SD／SDIO主控制器，但由于Blob中沒(méi)有提供SD卡與主控制器的具體驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)完整驅(qū)動(dòng)的難度較大，故本文采用GPIO口模擬的SPI模式讀寫(xiě)TF卡，運(yùn)行到Linux內(nèi)核后再加載主控制器驅(qū)動(dòng)運(yùn)行SD模式的方式，性能與實(shí)現(xiàn)難度都可兼顧。

SPI模式TF卡總線(xiàn)采用主從問(wèn)答式協(xié)議。主機(jī)發(fā)送命令Command，TF卡應(yīng)答回復(fù)Response。SD卡命令有兩種，CMDx和ACMDx。ACMD是應(yīng)用指令集，屬于擴(kuò)展指令集，在發(fā)送任何的ACMD之前，必須先發(fā)送CMD55激活，才可以使用ACMD指令集。發(fā)送完一個(gè)ACMD，并且卡響應(yīng)了此指令之后，CMD55的作用就消失了，所以要發(fā)送多個(gè)或多次發(fā)送一個(gè)ACMD，需要循環(huán)發(fā)送CMD55+ACMD。
2．2 SPI模式初始化TF卡流程
TF卡默認(rèn)的通信模式是SD模式，本文要在SPI模式下設(shè)計(jì)TF卡驅(qū)動(dòng)，需要從SD模式切換到SPI。為此，先將TF卡上電，延時(shí)74個(gè)時(shí)鐘周期后發(fā)送復(fù)位命令CMD0，同時(shí)將SD卡的CS片選信號(hào)置低，若此時(shí)接收到應(yīng)答信號(hào)為0x01，說(shuō)明TF卡進(jìn)入了SPI模式。
TF卡與MMC卡都可用SPI模式驅(qū)動(dòng)，故在初始化時(shí)可考慮與MMC卡的兼容性。在發(fā)送CMD0成功接收到應(yīng)答信號(hào)后，連續(xù)發(fā)送CMD55+ACMD41，若CMD55回復(fù)0x01而ACMD41回復(fù)0x00，則TF卡初始化成功。若沒(méi)有完整的應(yīng)答，則改發(fā)CMD1，若CMD1成功回復(fù)0x00，則MMC卡初始化成功。
在SPI模式下，TF卡的初始化時(shí)鐘頻率不能超過(guò)400 kHz。初始化成功后，就可以配置高速時(shí)鐘下TF卡的讀寫(xiě)操作了。圖2為T(mén)F卡初始化流程圖。

在Blob中完成TF卡初始化，還需要初始化PXA310的GPIO口，并根據(jù)對(duì)應(yīng)TF卡的引腳配置其輸入輸出關(guān)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這幾個(gè)I／O口并沒(méi)設(shè)置為GPIO口，不能在軟件上進(jìn)行讀寫(xiě)操作，要使用SPI模式，必須將這幾個(gè)IO口設(shè)置為GPIO。通過(guò)在MFP寄存器中配置IO口的功能號(hào)，再配置相應(yīng)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。
2．3 通過(guò)SPI讀寫(xiě)TF卡的程序設(shè)計(jì)
TF卡的讀寫(xiě)以塊為單位，初始化完成后，使用CMD16設(shè)置SD卡讀寫(xiě)塊長(zhǎng)度(512 B)，發(fā)送CMD17和CMD24讀單塊寫(xiě)單塊，發(fā)送CMD18和CMD25讀多塊和寫(xiě)多塊。實(shí)現(xiàn)TF驅(qū)動(dòng)層中讀寫(xiě)函數(shù)的邏輯流程如圖3所示。