基于apb总线的sd卡控制器设计

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1、第一章绪论．按照以上工作的执行过程，本文共分为五章：第一章绪论，论述了课题背景和课题的意义，制定了研究目标和实施方案；第二章为基于APB总线的SD卡控制器设计概述，分析了APB总线的操作时序，分析了SD卡／MMC卡的发展演变过程，着重研究分析了SD规范Version2．0中的重点内容，根据对规范的分析，提出了设计中的重点内容；第三章在分析需求的基础上确定了SD卡控制器的硬件结构，划分了各子模块的功能，严格依照SD规范Version2．0的规定对各子模块的进行RTL设计，本章详细的描述了各子模块的设计过程，设计过程中对各模块进行了充分的仿真：第四章详细描述了SD卡控

2、制器的系统级仿真以及FPGA原型验证过程，通过大量的仿真和验证确定SD卡控制器实现了设计制定的功能，通过分析SD卡控制器对各类卡的操作，得出SD卡控制器工作性能良好的结论：第五章为总结与展望，对本文的工作进行了总结，对未来后续工作的提出了设想。本设计的主要贡献在于本文提出一种兼容性强、可移植性强的基于APB总线的SD卡控制器的硬件架构，按照模块化设计的原理实现了对SD卡控制器的RTL级设计，为保证本设计操作方便、性能良好，与数据数据传输过程相关的子模块设计时都进行了提升数据传输速率的改进。仿真和验证结果表明，本文实现的SD卡控制器在相应软件驱动下能完成对各类SD卡

3、、MMC卡的高效率操作，实现了本文的设计目标。为描述方便，除特殊说明外，本文统一以下几个描述：称容量低于4GB的卡为SDSC卡，称符合SD规范Version2．0且容量为4GB或4GB以上的卡为SDHC卡，称本设计实现的支持SDSC卡、SDHC卡并兼容MMC卡的基于APB总线的SD卡控制器为SD卡控制器。3东南大学硕士学位论文4第二章基于APB总线的SD卡控制器设计概述2．1APB总线协议概述AMBA(AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture)总线协议是由ARMLimited公司研发的片上总线标准17】。ARM处理器的被广泛应用

4、到SoC的设计中，因此IP开发商和SoC系统集成者都倾向于选择AMBA总线作为片上总线，AMBA片上总线已成为一种主流的片上总线结构悼J。AMBAI．0版本定义了系统总线(AdvancedSystemBus，ASB)和外设总线(AdvancedPeripheralBus，APB)；AMBA2．0版本在原有的ASB、APB总线基础上，新增了高性能总线(AdvancedHigIlPerformanceBus，AHB)。AHB总线是系统的中枢总线，一般用于连接高性能处理器、片上存储、片外内存等高带宽、高时钟频率的高性能的功能块，同时为APB总线提供桥接作用；ASB总线的

5、作用类似于AHB总线，主要用于高性能系统模块，实际应用中使用的非常少：APB总线用于为低性能的外设提供总线技术支持，APB总线相比AHB总线具有功耗低，界面复杂性低的特点，一般用于连接低功耗的外围设备到系统中。典型的使用AMBA总线的SoC系统应该包括以下几部分：●总线主设备(maste0：满足AMBA总线(包括高速总线AHB、ASB)所需要的主设备接口及操作时序的设备。●总线从设备(slave)．满足AMBA总线(包括高速总线AHB、ASB，低速外设总线APB)所需要的从设备接口及操作时序的设备。●总线互连模块(bridge)：AMBA总线架构的核心部分，能仲裁

6、总线权的占有及转让，负责地址等控制信号和数据信号的传递设备的选择。由于SDHC卡的最高工作频率为50MHz，接近APB总线常用的工作频率，因此本文设计的SD卡控制器的主机接口采用APB总线。APB总线用于低速外部设备与系统的连接，这些低速外设不需要高的总线带宽，故APB总线上的只有从设备，其界面相比AHB总线从设备的界面进行了简化，功耗也进行了优化。AHB总线上的主设备可通过总线连接桥访问APB总线上的从设备。图2．1为APBslave接口界面图。APBslave图2．1APBslave接口界面图5东南大学硕士学位论文APBslave的接口信号描述如下：pclk：

7、APB总线时钟presetn：总线复位信号．APBpenable：从设备接收的来自总线连接桥的操作使能信号，该信号为高后数据传输有效pselx：从设备选择信号，该信号为高时表示操作针对设备号为X的从设备paddr[3l：O】：从设备接收的来自总线连接桥的地址总线信号pwrite：来自总线连接桥，表示当前针对设备的操作的类型是读还是写，高电平为写，低电平为读pwdata[31：0】：从设备接收的来自总线连接桥的写数据总线信号prdata[3l：O】：从设备响应给总线连接桥的读数据总线信号APB总线的状态可划分为IDLE、SETUP、ENABLE。状态转换图如图2．2

8、所示，no