ATmega128L單片機的MiCrOSD卡讀寫

摘要 針對電腦橫機控制系統(tǒng)對花型文件數(shù)據(jù)存儲的要求，在ATmegal28L單片機基礎(chǔ)上采用Micro SD卡實現(xiàn)嵌入式文件系統(tǒng)。文章介紹了Micro SD卡的特點、FAT文件系統(tǒng)、SPI模式協(xié)議以及硬件接口的實現(xiàn)。通過ATmegal28L的SPI模式與Micro SD卡進行同步數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)Micro SD卡的讀寫，以FAT32文件格式建立相應(yīng)的文件系統(tǒng)，把數(shù)據(jù)以文件方式寫入Micro SD卡。通過單片機向Micro SD卡發(fā)送讀寫扇區(qū)命令，完成文件的創(chuàng)建、打開、讀寫、刪除等操作。
關(guān)鍵詞 ATmegal28L Micro SD卡 串行外設(shè)協(xié)議 文件分配表

引 言
隨著工業(yè)控制系統(tǒng)功能的增強，系統(tǒng)對于存儲介質(zhì)的安全、容量、性能的要求越來越高。Micro SD卡是在SD卡和Mini SD卡基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多功能存儲卡，具備串行和隨機存取能力，可以通過專用優(yōu)化速度的串行接口訪問，數(shù)據(jù)傳輸可靠，安全性好，傳輸速度快，存儲容量大，體積小，被列為目前全球最小的迷你存儲卡。Micro SD卡支持SD模式和SPI模式。隨著高性能單片機的性能不斷提高，利用高性能、低功耗的AVR 8位ATmegal28L單片機的串行外設(shè)接口SPI與Micro SD卡之間進行高速同步數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計開發(fā)了一種嵌入式文件系統(tǒng)。

1 硬件電路設(shè)計
MicrO SD卡的接口可以支持兩種操作模式：SD模式和SPI模式。主機系統(tǒng)可以選擇其中任一模式。SD卡模式允許4線的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率高，但是大部分單片機無此接口，使用軟件模擬協(xié)議復(fù)雜。SPI模式使用簡單通用的SPI通道接口就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，目前大多數(shù)單片機提供SPI接口。SPI模式的優(yōu)勢在于可以使用標(biāo)準(zhǔn)主機，從而把外設(shè)減少到最低。SPI模式相對于SD模式的缺點是損失了傳輸速度；但是目前的微處理器的處理速度越來越高，利用SPI模式大都能滿足工程需要。
Micro SD卡要求用全雙工、8位的SPI操作。
ATmegal28L單片機和Micro SD卡之間只需要4根信號線就可以完成數(shù)據(jù)的讀寫，當(dāng)CS信號線為低電平時，主機開始所有的總線傳輸。數(shù)據(jù)從單片機的MOSI引腳同步輸入Micro SD卡的DI引腳，并由Micro SD卡的DO線同步輸入單片機的MISO引腳，數(shù)據(jù)在CLK信號的上升沿同步輸入和輸出。在每個數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)尾還必須提供8個額外的時鐘，以允許Micro SD卡完成任何未完結(jié)的操作。由于Micro SD卡的電壓為3．3 V，所以選擇需要支持3．3 V的I／O端口輸出的ATmegal28L單片機。另外，使用SPI模式時，為了防止在無卡接人或卡驅(qū)動器呈高阻態(tài)時總線懸空，根據(jù)SD卡規(guī)范，這些信號需要在主機端用10 kQ～100 kΩ的上拉電阻，其硬件連接電路如圖1所示。

2 軟件設(shè)計
2．1 Micro SD卡初始化為SPI總線模式
ATmegal28L單片機包含一個串行外設(shè)接口SPI，可以方便地對Micro SD卡接口進行配置。為了配置時鐘和數(shù)據(jù)長度，需要對SPI控制寄存器SPCR和SPI狀態(tài)寄存器SPSR進行設(shè)置：使能SPI，選擇單片機為主機模式，時鐘上升沿鎖存數(shù)據(jù)，并且對SPI時鐘進行設(shè)置。Micro SD卡的SPI模式通信由主機控制。每一個指令或數(shù)據(jù)塊由8位的字節(jié)和CS標(biāo)志構(gòu)成，SPI通信由指令、響應(yīng)和數(shù)據(jù)組成。主機先將Micro SD卡的片選CS置低，激活MicroSD卡進人工作狀態(tài)。