基于FPGA的SDIO接口并行扩展方法.pdf
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1、叶仪器仪表与分析监测曳 2023 年第 3期果遥 结果证明控制算法有效袁 可为实际的水平井牵引器驱动电机的控制算法设计提供参考遥通信作者院 朱清祥袁 参考文献院1 孙可平,杨东超,常旭,陈恳,张福兴,李洪军.水平井电缆牵引器滚轮与管壁压力的测量 J.石油学报,2018,39(06):712-718.2 周劲辉,张勇,李翠.水平井自扶正式电缆牵引器的设计J.石油机械,2015,43(02):79-82.3 郑杰,窦益华,任丰伟,万志国,毕成,杨旭.大牵引力连续油管牵引器设计及仿真 J.科学技术与工程,2021,21(26):11144-11150.4 何舟,陈永军,蔡昌新,阮波.水平井牵引器无刷
2、直流驱动电机无位置控制系统的设计J.仪器仪表与分析监测,2018(02):19-22.5 余书瀚袁 陈永军袁 阮波袁 周骏文袁 沈阳袁 何舟.基于C#的水平井牵引器监控系统设计J.仪器仪表与分析监测,2017渊03冤.6 任志斌,陈柳彬,房梦程.BLDC 新型无位置传感器调速系统实现J.微电机,2021,54(10):79-83.7 任璟燚,张莉萍,申景双,陈宇晨.基于 DSP 的阀门开度控制系统设计J.传感器与微系统,2022,41(09):73-76.8 邓攀登,陈永军,徐璐.低速电动汽车用无刷直流电机控制系统J.微电机,2015,48(03):67-70+84.基于 FPGA 的 SDI
3、O 接口并行扩展方法Parallel Expansion Method of the SDIO Interface Based on FPGA辛克廷1,2祖利辉1,2李春辉1渊1.南京科远智慧科技集团股份有限公司袁 江苏南京211102曰2.江苏省热工过程智能控制重点实验室袁 江苏南京211102冤摘要SD 卡 渊Secure Digital Menory Card袁 安全数字存储卡冤 是目前通用性较高的大容量尧 高速度 flash 存储设备袁 SDIO 渊Secure Digital IO冤 接口是在 SD 卡接口上发展而来袁 为国内大多数处理器所支持遥 并行总线 渊Local Bus冤 接
4、口简单可靠袁 在外扩 RAM 或者主从双口RAM 通信中仍大量被采用遥 为了丰富通用 SDIO 接口的功能袁 通过 FPGA 渊Field ProgrammableGate Array袁 现场可编程门阵列冤 实现 SDIO 接口和 Local Bus 并行总线接口的桥接袁 通过SDIO 和 Local Bus 协议的转换袁 使处理器对于不同的应用场合具有更高的适用性遥关键词SDIO曰 FPGA袁 并行总线中图分类号 TP311.1+1文献标识码B0引言随着设备国产化的发展袁 越来越多的国产处理器被选用遥 但是目前国产处理器存在行业匹配度不高及外设种类的限制袁 对国产处理器的应用存在诸多阻碍曰
5、因此袁 设计一种通用性的接口转换模块对提高国产芯片的适配度有重要的意义遥在众多国产处理器外设接口中袁 SDIO 渊SecureDigital IO袁 安全数字输入 输出接口冤 接口应用普及度比较高袁 本文通过 SDIO 接口扩展一种中-6-表 1SDIO 设备特殊功能寄存器名称位宽描述CID128卡识别码袁 包含 MID尧 CBX尧 OID尧 PNM尧 PRV尧 PSN尧 MDTRCA1616 位相对地址袁 默认值 0 x0000 或者 0 x0001DSR16可选袁 驱动能力寄存器袁 默认值 0 x0404CSD128数据格式袁 错误校正类型袁 最大数据访问时间袁 数据传输速度袁 DSR 寄
6、存器是否可用SCR64SD CARD Configuration Register袁 SD 卡特殊特征OCR32操作状态寄存器袁 表示所支持的电压范围和存取模式低速的并行数据通信接口袁 实现 SDIO 协议到并行总线通信协议的转换袁 满足处理器对并行 RAM等芯片的通信扩展需求遥1SDIO 设备本文 SDIO 控制器主要是指包含 SDIO 接口的处理器袁 SDIO 控制器向 SDIO 总线发送控制命令遥 SDIO 设备作为命令的响应袁 在本文主要指SD 卡袁 SD 卡中除了包含用于数据存储的物理介质外袁 还包含一些功能寄存器袁 如表 1 所示遥 部分寄存器决定了 SDIO 总线的通信方式袁 如
7、 SDIO数据总线的宽度是 1 位模式尧 4 位模式还是 8 位模式袁 SDIO 的通信速度等相关信息遥2SDIO 的总线结构SDIO 接 口 包 含 的 信 号 线 为 SDIO_CLK尧SDIO_CMD尧 SDIO_DAT1袁 其中院 SDIO_CMD 为命令和响应的传输袁 如图 1 所示曰 SDIO_DAT 为数据的写入或读取曰 SDIO_CLK 为控制器发送到设备的时钟袁 所有数据和命令在该时钟下同步传输遥上电后 SDIO 控制器需要通过命令进行 SDIO设备的初始化袁 SDIO 设备根据 SDIO 控制器的命令进行响应袁 初始化完成后可以进行数据传输遥SDIO 总线上的数据类型分为三
8、种院 命令 渊SDIO控制器到 SDIO 设备冤袁 响应 渊SDIO 设备到 SDIO控制器冤袁 数据 渊写院 SDIO 控制器到 SDIO 设备;读院 SDIO 设备到 SDIO 控制器冤遥SDIO 控制器是以数据块 渊512 字节袁 4096位冤 的方式读取或者写入数据袁 数据块包含 CRC校验位遥 数据块的读写包含了单块或者多块的读写袁 多块的读写效率更高遥 块读写命令以控制器发送停止命令袁 设备发送响应后停止数据传输袁如图 2 所示遥3命令和响应3.1命令3.1.1命令类型广播命令 渊bc冤袁 发送到所有卡袁 没有响应遥图 1SDIO_CMD 的命令和响应图 2SDIO 读操作基于 F
9、PGA 的 SDIO 接口并行扩展方法辛克廷袁 等-7-叶仪器仪表与分析监测曳 2023 年第 3期表 2命令格式位域474645:4039:87:10位宽1163271值00/1XXX1描述起始位方向索引参数CRC7停止位表 5R2 响应格式带响应的广播命令 渊bcr冤袁 发送到所有卡袁同时从所有卡收到响应遥寻址 渊点对点冤 命令 渊ac冤袁 发送到寻址卡上袁 DAT 信号线没有数据传输遥寻址 渊点对点冤 的数据传输命令 渊adtc冤袁 发送到寻址卡上袁 DAT 信号线进行数据传输遥3.1.2命令格式所有命令都是 48 位的固定码长遥 命令格式如表 2 所示袁 从第 47 位起始位 渊0冤
10、开始袁 第 46 位表示传输的方向 渊0院 设备到控制器曰 1院 控制器到设备冤袁 接下来的 6 位表示命令的索引 渊0:63冤袁随后命令需要一个参数 渊例如 32 位地址冤袁 表 2中 野X冶 的值表示该值依赖于该命令袁 所有的命令包含 CRC7 校验袁 由结束位 渊1冤 终止遥3.1.3重要命令表 3 中描述了涉及状态转换的总线命令2-3遥3.2响应所有的响应都是通过 CMD 信号线发送袁 响应字串的长度依赖于响应类型遥 响应第 47 位起始位渊0冤 开始袁 第 46 位表示传输的方向 渊0院 设备到控制器冤袁 除了 R3 类型的所有响应有 CRC 校验袁响应字段由结束位 渊1冤 终止遥R
11、1院渊一般命令响应冤袁 格式如表 4 所示袁命令长度 48 位袁 45:40 位为所响应的命令序号袁指示响应的命令类型 渊0-64冤袁 39:8 共 32bit 指示卡状态 渊card status冤遥R2院渊CID袁 CSD 寄存器冤袁 格式如表 5 所示袁 响应长度 136 位袁 CID 寄存器的内容作为对表 3重要命令索引类型参数响应简称描述CMD0bc-GO_IDLE_STATE复位到 IDLE 状态CMD2bcr-R2ALL_SEND_CID请求发送 CIDCMD3bcr-R6SEND_RELATIVE_ADDR请求发送 RCACMD7ac31:16 RCAR1bSELECT/DES
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