摘要：SD卡作為一種大容量、高性能的固體存儲設備廣泛應用于各類嵌入式系統。目前基于嵌入式ReWorks系統的SD卡驅動研究還比較少。為實現SD卡在ReWorks平臺上的數據存取，本文以S3C2440為處理器研究了基于SD總線模式的SD卡初始化過程和讀／寫過程，并根據ReWorks系統關鍵數據結構和建立塊設備的工作流程，在ReWorks系統平臺上實現了的SD模式下的SD卡驅動程序。該驅動程序的結構及實現細節時ReWor-ks平臺的塊設備驅動開發以及其他系統平臺的SD卡驅動開發均有一定的借鑒意義。
關鍵詞：驅動程序；ReWorks；SD卡；嵌入式系統

    SD卡(Secure Digital Memory Card)是由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月在MMC卡(Multi Media Card)基礎上共同研制而成的具有大容量、高性能、安全性好等特點的多功能存儲卡。由于SD卡通過9針的硬件接口與專門的驅動器接口相連接，不需要外接電源維持記憶信息，而且作為一體化固體介質，沒有任何移動部件，所以不用擔心機械移動帶來的損壞。由于SD卡讀／寫速度快、移動靈活性好、安全性強，加之體積很小，SD卡被廣泛使用于嵌入式便攜移動裝置上作為嵌入式系統的數據存儲設備，如：數碼相機、PDA和多媒體播放器等。SD卡用于ReWorks嵌入式系統，必須要開發相應的驅動程序。

1 SD卡操作流程
    SD卡具備SPI和SD兩種總線模式，這兩種模式下的卡的初始化過程和讀／寫過程各有特點，具體驅動程序的實現細節不同。SD卡有SD和SPI兩種通信模式，前者可獲得比后者更高的通信速率。在SD模式下的總線協議類似于問答方式，先由主機向卡發送CMD指令接著被尋址的卡做出響應，根據接收的主機指令的不同，響應幀內容和長度也不同，具體有4種R1，R2，R3和R6，其中R1，R3，R6總長為48位，R2總長為136位，響應幀格式如圖1所示。幀傳輸總是以高位開始，低位結束。本文采用SD總線模式對SD卡進行操作。

1．1 SD卡初始化過程
    在對SD卡進行讀／寫操作前必須對卡進行初始化，在卡的初始化過程中所有的主機與卡的通信都只走命令接口。在識別模式下主機對卡進行軟復位，由卡發布RCA(Relative Card Address)地址，主機對其確認，此后主機用RCA地址對相應的卡進行操作。上電復位或者發送CMD0可使SD卡進入空閑模式(IdleState)，總線激活后，在SD模式下應該用CMD55(APP_CMD)命令(其中RCA=0x0000)對卡進行操作，以使卡將下一指令解釋為應用指令即ACMD，再用ACMD41(SD_SEND_OP_COND)對卡進行操作，卡對該指令的響應將記錄在操作條件寄存器中，同時不兼容韻卡將進入非活動狀態(Inactive State)，此后主機發出CMD2(ALL_SEND_CID)指令，獲取卡的識別編碼，獲取識別碼后，主機將發出CMD3(SEND_RE-LATIVE_ADDR)指令獲取RCA地址。以上為SD卡初始化的基本流程，此后主機將用RCA地址對卡進行讀／寫操作，SD卡在SD模式下的初始化的詳細狀態轉換圖如圖2所示。
1．2 SD卡讀／寫過程
    卡的讀／寫過程是主機通過CMD物理接口向卡發出相關指令，對卡進行讀或者寫操作，讀和寫操作都有單塊和多塊的區別，根據SD卡協議規范，在進行讀／寫操作之前，先發送CMD16(SET_BLOCKLEN)命令來設置塊大小。實現單塊讀和寫操作分別用CMD17(READ_SINGLE_BLOCK)和CMD24(WRITE_BLOCK)命令，實現多塊讀和寫操作分別用CMD18(READ_MULTIPLE_BLOCK)和CMD25(WRITE_MUL TIPLE_BLOCK)命令。主機和SD卡之間通過FIFO管道進行數據交換，因此讀和寫函數模塊中且在數據交換之前，必須要對FIFO進行復位，通過對S3C2440的SD卡接口模塊中的SDI-FSTA寄存器操作即可完成FIFO復位。在對卡讀／寫的過程中必須要注意在進行多塊讀和寫操作完成后必須用CMD12(STOP_TRANSMISSION)指令結束讀／寫操作，將卡轉入傳輸狀態(Transfer State)。

2 ReWorks平臺SD卡設備驅動程序的設計
    同其他操作系統一樣ReWorks抽象了對設備的處理。所有的硬件設備都像常規文件一樣看待，它們可以使用和操作文件相同的、標準的系統調用來打開、關閉和讀／寫。系統中的每一個設備都用一個設備文件代表。
    在創建具體的SD卡設備之前必須要在內存區中開辟一塊空間，實現形式為：dev_table=(SDCARD_DEV*)malloc(sizeof(SDCARD_DEV)*max_SD_devices)；SDCARD_DEV結構體包含了block_device_operations結構和SD卡相關屬性，block_device_operations結構體如下所示：
  
   
    該結構體對于塊設備驅動程序來講非常重要。因為用戶進程通過設備文件同硬件打交道，對設備文件的操作方式不外乎就是一些系統調用，如讀／寫等。ReWorks中就是用block_device_operations這個關鍵的數據結構將系統調用和驅動程序關聯起來的。
    在該數據結構中每一個函數指針都對應了一個系統調用，用戶進程利用系統調用在對設備文件進行諸如read／write操作時，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然后讀取這個數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數。該結構體包含了塊設備操作所需的函數接口和必要的設備屬性。
    空間開辟成功后，便向系統注冊設備，實現形式為：register_block_driver(SD_MAJOR，max_SD_devices，(block_ops*)dev_table，sizeof(SDCARD_DEV)，”SDdriver”，&ret_major)；其實就是向系統設備表中寫入相關信息，將上面開辟的SDCARD_DEV類型的內存空間和所要創建的塊設備建立關聯，再對SDCARD_DEV類型的內存空間進行必要的初始化，為下面創建SD卡塊設備做好準備。
    接下來便是創建SD卡設備。ReWorks系統采用mknod創建塊設備，并使用主(major)和次(minor)設備編號來描述設備。函數原型如下：
    int mknod(const char*pathname，mode_t mode，dev_t dev)；
    其參數說明如表1所示。

    在實際開發中的實現形式為：mknod(dev_name，S IFBLK|0777，MKDEV(SD_MAJOR，ram_minor))；
    至此，SD卡塊設備的創建工作已經基本完成。下面所要做的就是功能函數的編寫，首先用block_device_operations*pSdDev；聲明一個結構體指針，再用實際對卡操作的函數名填充該結構體如下：
    pSdDev->bd_blkRd=SD_blk_Read；pSdDev->bd_blkWrt=SD_blk_Write；pSdDev->bd_ioctl=SD_Ioctl；
    最后實現所有的對卡進行實際操作的功能函數，如下：

    至此，ReWorks平臺上SD卡驅動程序的總體結構基本完成。項目中實際使用的主機控制器是S3C2440，在實際的開發中還需要按照前面描述的SD卡基于SD模式下的總線協議的操作流程，對卡進行必要的初始化工作，主要是對S3C2440的SD卡接口寄存器按照一定的程序進行操作，包括卡的波特率設置、工作模式設置、FIFO管道初始化、CMD命令控制寄存器的操作、對卡的響應信息的解析、數據路徑編程和所有的過程所需的中斷控制寄存器的操作等工作。

3 結語
    經測試，在ReWorks嵌入式系統平臺上，利用系統建立塊設備的工作流程和關鍵數據結構創建的SD模式下的SD卡驅動程序，很好地完成了對SD卡讀／寫操作的BSP層支持，數據讀寫安全可靠，已成功應用于某控制系統。