SPI模式下MM卡的读写机制

多媒体卡MMC（MultiMedia Card）是由美国SanDisk公司和德国Simens公司于1997年共同开发的一种多功能Flash存储设备。基于ARM7芯片LPC2200实现对MMC卡的读写。使用LPC2200的串行外设接口（SPI接口）对MMC卡进行控制，在SPI模式下对MMC卡进行数据的读写。

关键词 MMC卡 LPC2200 接口设计 SPI接口

引言

　　多媒体卡MMC的特点是闪存功耗低,密度高,体积小,可靠性高,可擦除,可重写,容量大；内置控制电路，可以使用在手机、数码相机、MP3、PDA等多种数字设备上，可反复记录30万次；现在市场上的主流容量有128 MB~2 GB。

　　SPI最早是由Motorola公司提出的一种串行总线接口，支持MCU与外设的双工、同步串行通信。由于其简单的接口设计，只用4根线即可完成所有的通信工作，因此被大部分的MCU芯片所支持。利用被广泛支持的SPI总线来进行MMC卡的读写，可解决没有MMC控制器的问题。

1  MMC卡

1.1  MMC卡简介

　　MMC卡的面积为24 mm×32 mm，厚度为1.4 mm。MMC卡的工作电压为2.7~3.6 V，时钟频率范围为0~20 MHz。为了支持广泛的应用，MMC卡接口简单（为7引脚），具有最大的可扩展性和可配置性。其中3脚为电源供应，数据操作通过4脚的串行总线完成。作为SPI设备，MMC卡的SPI通道由以下4个信号组成：CS(片选)，CLK(时钟)，DateIn(主机到卡的数据信号)和DateOut(卡到主机的数据信号)。CS是MMC卡的片选信号线，在整个SPI操作过程中，必须保持低电平有效；CLK便于同步；DateIn不但传输数据，还发送命令；DateOut除了发送数据外，还传送应答信号。

1.2  MMC卡的SPI协议

　　MMC存储卡有MMC和SPI两种工作模式。MMC卡上电后即进入MMC模式；当片选(CS)线被拉低时发送Reset(CMD0)指令会使MMC卡进入SPI模式。如果需要从SPI模式转入MMC模式，只能切断电源重新上电。

　　SPI协议是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主设备和一个（或多个）从设备。SPI接口是一种通用同步串行接口总线，字长为8位，用来与外部设备进行通信。该接口在工作时，主设备通过提供移位时钟和从使能信号来控制信息的流动。主设备的每次开始传送任务时，都先将片选（CS）线置低以激活MMC卡，使其进入工作状态。

　　MMC卡的SPI协议的特点主要有： 被选中的卡总是对来自于主设备的指令有所响应的；当卡遇到错误时，会返回一个出错响应来代替期望的数据；指令的响应是一个8位或16位的结构；只支持单块读写操作。块的大小可以大到一个扇区(512字节)，小到1个字节。

2  硬件电路设计

　　MMC卡既可以采用MMC总线访问，也可以采用SPI总线访问。大部分微处理器都有SPI接口而没有MMC总线接口。如果采用I/O口模拟MMC总线，不但增加了软件的开销，而且对大多数微处理器来说，模拟MMC总线远不如真正的MMC总线速度快，这将大大降低总线数据传输的速度。

　　基于以上考虑，可以采用LPC2200微处理器的SPI接口，设计访问MMC的硬件接口电路。LPC2200是系统的核心控制器，它的主要作用是将数据发送至MMC卡内存储。MMC卡的数据写入是以块为单位的，一块为512字节，所以当RAM中存放了512字节数据时，LPC2200便将其一次性写入MMC卡中。

　　LPC2200微处理器与MMC卡卡座接口电路如图1所示，连接引脚如表1所列。

图1  MMC卡SPI接口电路

表1  LPC2200与MMC卡卡座的连接引脚

3  SPI模式下MMC卡的读写实现

3.1  MMC卡初始化

图2  MMC卡的初始化过程

　　在对MMC卡读写之前要进行初始化操作，这是确保MMC卡能在SPI模式下进行正常数据读写的前提。MMC卡上电后默认进入MMC模式，等待至少74个时钟周期后，片选信号置低，发送CMD0。CMD0的命令索引位是000000，即发送命令字0x40、0x0、0x0、0x0、0x0、0x95。如果收到应答信号01H，则表示出错。然后向MMC卡发送CMD1，CMD1命令索引位是000001。因为进入闲置状态后CRC校验默认关闭，故CRC校验位可取任意值。收到正确的应答信号00H之后，MMC卡即进入SPI模式；如果收到应答信号不是00H，则重发CMD1直到收到正确的应答。初始化过程如图2所示。

3.2  MMC卡块读写

　　初始化完成后，可使用默认的读写长度(512字节)进行MMC卡的读写；也可用CMD16来设置MMC卡的块读取长度，可以是1~512字节之间的任意值。但是对MMC卡的写过程则要求块长度必须为512字节。MMC卡读写数据时使用的是绝对地址，即从0开始编号的32位地址，这里使用块号来进行读写。块号是从0开始编号的，且每块的大小为一扇区（即512字节），故开始都必须将扇区号转换成绝对地址。

（1）  读取数据块向MMC卡发送CMD17，收到有效应答信号0x00后，开始接收数据。数据由数据起始令牌和数据块组成，其中起始令牌值为0xFE。当收起起始令牌后，随后接收数据块。读操作如图3所示。

图3  MMC卡的读操作

（2）  写入数据块向MMC卡发送CMD24，收到有效应答信号0x00后，开始发送数据。数据同样由数据起始令牌（0xFE）和数据块组成。写操作如图4所示。

图4  MMC卡的写操作

4  小结

　　SPI总线接口简单易用、兼容性好，使用SPI接口实现对MMC卡的读写操作是非常简单有效的。用SPI接口可以实现每秒约1 MB的读写速度，而用MMC接口则可以达到每秒约3 MB的读写速度。虽然读写速度降低了一些，但是已经可以基本满足读写速度的要求。

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