摘要：ＭultiMediaCard是Ｓandisc公司推出的大容量串行Ｆlash存儲(chǔ)卡,，外形尺寸為３２mm×24mm×1.4mm,質(zhì)量小于２g，７針引腳,，便于開發(fā)設(shè)計(jì)小型的移動(dòng)數(shù)碼設(shè)備,。本文重點(diǎn)介紹此類存儲(chǔ)器與ＰＩＣ單片機(jī)的接口，給出實(shí)際的電路設(shè)計(jì)和軟件代碼示例,。

1 概述

Sandisc公司推出的大大容量串行Flash存儲(chǔ)器產(chǎn)品——MultiMediaCard(MMC),，通常叫作多媒體卡。它的體積比SmartMedia還要小,，不怕沖擊,，可反復(fù)讀寫記錄30萬次，驅(qū)動(dòng)電壓2.7～3.6V,可變時(shí)鐘頻率范圍為0～20MHz,，目前常見的容量為64MB/128MB,。ATP Electrionics公司已經(jīng)率先推出了1GB的高容量MMC。除了體積小,、壽命長,、容量大等特性外，還具備存儲(chǔ)區(qū)糾錯(cuò)能力,；低功耗,；5ms內(nèi)沒有接收到命令字后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài),；支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn),。MMC可以格式化為FAT文件系統(tǒng)，便于上位機(jī)讀寫。

2 MMC簡介

2.1 引腳排列及功能

根據(jù)存儲(chǔ)容量的不同,，MMC有SMDB和SDMJ兩種構(gòu)成技術(shù),。SMDB即二進(jìn)制NAND技術(shù)（Binary NAND），16MB和32MB容量的MMC卡采用此技術(shù),。目前常用的64MB和128MB的MMC采用SDMJ,，即MLC（Multi Level Cell）NAND技術(shù)。各容量的MMC卡,，其外形尺寸及引腳排列相同,，如圖1所示。

MMC讀寫接口可以在MMC和SPI兩種通信 協(xié)議下工作,。MMC是由MMCA協(xié)會(huì)開發(fā)的高性能三線制通信協(xié)議,，即CMD、CLK,、DAT線,，最大可尋址64000張MMC卡，單個(gè)物理地址可疊放30張卡,，支持順序讀寫及單/多數(shù)據(jù)塊讀寫操作,，是MMC卡默認(rèn)的通信協(xié)議。SPI協(xié)議為可選協(xié)議,，工作效率不及MMC協(xié)議,；但SPI協(xié)議簡單易用，兼容性好,，便于和單片機(jī)連接使用,。本設(shè)計(jì)采用SPI通信協(xié)議，下文將詳細(xì)介紹,。

    2．2 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

MMC卡的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)可分為四部分：MMC/SPI接口,、單芯片控制器、數(shù)據(jù)閃存模塊,、控制線和數(shù)據(jù)線,。MMC/SPI接口實(shí)現(xiàn)與主控制器的通信。單芯片控制器完成接口協(xié)議,、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)檢索,、糾錯(cuò)碼算法、故障診斷處理,、電源管理和時(shí)鐘控制功能,。數(shù)據(jù)內(nèi)存模塊可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)存儲(chǔ)空間內(nèi)的單字節(jié)訪剩??皇羌虻サ淖終罅校??潛環(huán)殖閃碩嘀紙峁埂?12個(gè)字節(jié)構(gòu)成1個(gè)扇區(qū)（sector）。根據(jù)MMC卡容量的不同,，16或32個(gè)扇區(qū)構(gòu)成1個(gè)擦除族（erase group）,。32個(gè)擦除族構(gòu)成1個(gè)寫保護(hù)族（write protect group）。此設(shè)計(jì)使MMC操作靈活,，使用方便,。控制線和數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的訪問,，其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

3 MMC/SPI通信協(xié)議

MMC卡上電后，默認(rèn)進(jìn)入MMC模式,。如果轉(zhuǎn)入SPI模式下工作,，需進(jìn)行模式切換。SPI模式設(shè)定流程如圖3所示,。

如需從SPI模式轉(zhuǎn)入MMC模式,，只能切斷電源，重新上電,，進(jìn)入默認(rèn)MMC模式,。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，SPI模式設(shè)計(jì)簡單,，操作方便,，但數(shù)據(jù)傳輸速率遜于MMC模式?；谠O(shè)計(jì)要求,，筆者采用了SPI通信協(xié)議。

4 存儲(chǔ)器讀寫接口

4．1 SPI接口及操作模式

SPI接口是一種通用同步串行接口總線,，字長為8位,，用來與外部設(shè)備進(jìn)行通信。SPI接口利用CLK,、DataIn和DataOut三根線進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫,。其中，CLK為時(shí)鐘信號(hào),，有外部控制器提供,；Datain和DataOut為數(shù)據(jù)輸入和輸出線。CS是MMC片選信號(hào)線,，在整個(gè)SPI操作過程中,，必須保持低電平有效信號(hào)。

SPI接口共有四種操作模式,，分別為0,、1、2和3,。SPI操作模式?jīng)Q定了設(shè)備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)鐘相位和極性,，即決定了時(shí)鐘信號(hào)的上升和下降沿與數(shù)據(jù)流動(dòng)方向之間的關(guān)系,，如圖4所示。本設(shè)計(jì)采用模式3,。

4．2 MMC卡命令及答復(fù)信號(hào)

所有MMC卡命令字長度均為6個(gè)字節(jié),，傳輸從高位開始，且包含一個(gè)CRC校驗(yàn)字,。

命令字索引采用二進(jìn)制編碼,。比如CMD0的索引位是000000，CMD39的索引位是100111,。MMC卡命令字分為10個(gè)命令組,，每組由多個(gè)命令字組成，完成MMC卡功能設(shè)定,。SPI模式下的Sandisc MMC卡支持其中的6個(gè)命令組,，可實(shí)現(xiàn)基本設(shè)定、數(shù)據(jù)塊讀,、數(shù)據(jù)塊寫,、擦除,、寫保護(hù),、MMC卡鎖定功能,。

MMC卡有多種應(yīng)答信號(hào)格式，傳輸從高位開始,。SPI模式下,，存在5種應(yīng)答信號(hào)格式，分別為R1,、R2,、R3、Busy,、R1b,。

接收到每個(gè)命令后，MMC卡都發(fā)送一個(gè)格式為R1的應(yīng)答信號(hào),，卡狀態(tài)查詢命令字CMD13除外,。此應(yīng)答信號(hào)占1字節(jié)，最高位為0,，低7位為錯(cuò)誤標(biāo)志,。若某位為1，表示存在相應(yīng)錯(cuò)誤,。

Busy應(yīng)答信號(hào)長度為多個(gè)字節(jié),。各位都為0，表示卡正忙,。存在非零位表明卡已經(jīng)準(zhǔn)備好接收下一命令,。

R2格式應(yīng)答信號(hào)長度為2字節(jié),，用于答復(fù)卡狀態(tài)查詢命令字CMD13。首字節(jié)格式同R1,，第2個(gè)字節(jié)表示的錯(cuò)誤類型,。

R3格式應(yīng)答信號(hào)長度為5字節(jié)，答復(fù)卡內(nèi)OCR豁口讀命令CMD58,。首字節(jié)格式同R1，其余4字節(jié)為OCR豁口內(nèi)容,。

R1b格式應(yīng)答信號(hào)包括兩部分,，R1格式部分和Busy格式可選附加部分。

4．3 MMC在SPI模式下的傳輸時(shí)序

MMC在SPI協(xié)議下讀寫時(shí)序如圖5所示,。主控制器發(fā)送讀/寫命令,，當(dāng)收到OUT傳輸互上正確的應(yīng)答信號(hào)后，OUT/IN傳輸線開始讀/寫操作,。

5 MMC卡與單片機(jī)接口實(shí)例

5．1 硬件電路設(shè)計(jì)

圖6為筆者采用Sandisc公司容量為32MB的MMC卡設(shè)計(jì)的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一部分,。單片機(jī)采用美國Microchip公司推出的PIC16F73B。單片機(jī)的工作頻率為4MHZ,，采用Port C的硬件SPI接口進(jìn)行MMC卡的讀寫操作,。

5．2 軟件設(shè)計(jì)

訪問MMC卡存儲(chǔ)單元前，需要設(shè)定訪問塊長度,。默認(rèn)長度為512字節(jié),。本設(shè)計(jì)是通過寫緩存芯片F(xiàn)M24CL64，達(dá)到512字節(jié)后轉(zhuǎn)入主存MMC的（硬件電路圖應(yīng)作相應(yīng)的修改）,，所以讀寫長度不再設(shè)定,。MMC格式化為FAT文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)后，數(shù)據(jù)以文件的形式為上位機(jī)所讀取,。

MMC接口部分軟件設(shè)計(jì)流程如圖7所示,。

5．3 MMC卡SPI初始化與寫子程序

因?yàn)镸MC可以在兩種協(xié)議下工作，且默認(rèn)為MMC操作模式,，所以必須經(jīng)過初始化才能在SPI模式下工作,。初始化和寫子程序代碼見www.dpj.com.cn。