Freescale单片机的SD卡数据读写设计

2014-03-16中国一汽无锡油泵油嘴研究所杨鹏翔陆召振

电子世界 2014年9期

中国一汽无锡油泵油嘴研究所杨琛张雷寇伟杨鹏翔陆召振

1.引言

通过车载传感器对发动机参数采集和存储，Electronic Control Unit(ECU)可以判断发动机的工作状态和工作趋势。许多车载传感器[1](例如燃油质量传感器)需要对发动机参数进行长期监控，单片机作为控制器件，其数据存储资源十分有限。Secure Digital(SD)卡具有大容量、小体积、低功耗、非易失性以及兼容MMC卡等特点，是理想选择。

部分文章已介绍了单片机(如PIC、C51等)读写SD卡的应用实例[2,3]，但这些单片机在汽车领域使用较少。本文以Freescale公司的MC9S12XEP100[4]单片机为控制器，通过PC将图片文件存入SD卡，并将数据送入彩色液晶上实现循环播放实验，探讨了Freescale单片机对SD卡文件读写的设计方法，该方法可广泛应用于车载传感器的数据存储单元。

2.硬件系统

2.1 SD卡的硬件特性

SD卡[5]主要由存储芯片和控制芯片组成，SD卡控制芯片负责对数据的读写控制。其工作电压为2.7-3.6V。每次对SD卡进行数据读写时的最小单位是1个扇区，即512Byte。SD卡支持两种操作模式，SD模式和SPI模式，因单片机的IO口资源限制，大多数应用都选择SPI模式。

SD总线模式包含4根数据线和1根命令线，传输速度可达到100Mbit/s。SPI模式是4线制总线，SPI模式下的接口定义参见表1。

表1 SPI模式接口定义

2.2 Freescale单片机特点

Freescale推出的16位MC9S12XE系列单片机具有增强的系统集成性和更好的功能性[6]。其内部PLL超频能力能显著降低对外部频率源的主频的需求，从而提高单片机的抗干扰能力。XGATE核能协处理I/O中断需求，从而降低主核的任务量。另外，其具有EEPROM、FLASH以及丰富的I/O资源(例如SPI、ECT、CAN2.0等)，可满足汽车领域严苛的应用环境需求。

2.3 硬件系统

实验系统组成如图1，单片机通过SPI总线与SD通信，并通过并口与彩色液晶模块进行通信。SD需由LDO电源转换芯片供电。

图1 实验系统原理框图

3.程序设计

SD卡的实验系统工作过程如下：a.由上位机软件对待处理数据进行格式转换，生成二进制文件。b.将文件拷入SD卡，拷贝前需要对SD卡进行以FAT格式化，以确定存储位置的首地址。C.实验系统上电后，进入SD卡读写程序读取相应文件，并进行显示。

单片机完成初始化后，在RAM中缓冲512 bytes，并送LCD显示；当i=300时，表明1幅图像显示完成。程序共设置了5幅图像循环显示，软件流程图如图2所示。

图2 软件流程图

3.1 SD卡初始化

系统上电后SD卡默认进入SD模式，需设置SPI模式以及单块读写的数据长度。当CS处于低电平时，发送CMD0，发送完毕后，接受R1回应，判断SD卡是否正确接受指令。CMD0使得SD进入IDLE状态，CMD1激活SD卡的初始化过程，等待R1判断SD卡是否处于激活状态。CMD16指令设置读写块的大小为512Byte。需等待至少74个时钟周期。初始化流程参如图3所示。

图3 SPI初始化流程

3.2 读写程序

读程序过程如图4所示，单片机通过CMD17指令读取SD卡扇区数据，若成功SD卡返回R1响应，单片机对512byte数据进行缓存。写程序过程见图5，CMD24指令作为SD卡的写入指令，若SD卡成功响应则返回R1，单片机从缓存区写入512bytes数据。

图4 读程序

图5 写程序

图6 SD卡文件显示效果

3.3 图片格式

本文所使用彩色液晶分辨率[7]为QVGA，16位真彩色格式。实现实验图片正常显示，需要解决2个问题：图像的格式和图像数据量。一方面，Freescale单片机应用通常不具备操作系统，因此需要将.jpg、.gif、.bmp文件转换成二进制文件.bin格式。另一方面，根据彩色液晶模块的分辨率特点，可根据公式(1)，得出显示图片的数据是：