摘要：ＭultiMediaCard是Ｓandisc公司推出的大容量串行Ｆlash存儲卡,，外形尺寸為３２mm×24mm×1.4mm,質量小于２g，７針引腳,，便于開發(fā)設計小型的移動數(shù)碼設備,。本文重點介紹此類存儲器與ＰＩＣ單片機的接口，給出實際的電路設計和軟件代碼示例,。

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,，可反復讀寫記錄30萬次，驅動電壓2.7～3.6V,可變時鐘頻率范圍為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,，還具備存儲區(qū)糾錯能力,；低功耗；5ms內(nèi)沒有接收到命令字后,，自動轉入休眠狀態(tài),；支持熱插拔等優(yōu)點。MMC可以格式化為FAT文件系統(tǒng),，便于上位機讀寫,。

2 MMC簡介

2.1 引腳排列及功能

根據(jù)存儲容量的不同，MMC有SMDB和SDMJ兩種構成技術,。SMDB即二進制NAND技術（Binary NAND）,，16MB和32MB容量的MMC卡采用此技術。目前常用的64MB和128MB的MMC采用SDMJ,，即MLC（Multi Level Cell）NAND技術,。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,，便于和單片機連接使用。本設計采用SPI通信協(xié)議,，下文將詳細介紹,。

    2．2 內(nèi)部邏輯結構

MMC卡的內(nèi)部邏輯結構可分為四部分：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)存儲檢索、糾錯碼算法,、故障診斷處理,、電源管理和時鐘控制功能。數(shù)據(jù)內(nèi)存模塊可以實現(xiàn)整個存儲空間內(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個字節(jié)構成1個扇區(qū)（sector）,。根據(jù)MMC卡容量的不同,，16或32個扇區(qū)構成1個擦除族（erase group）。32個擦除族構成1個寫保護族（write protect group）,。此設計使MMC操作靈活,，使用方便?？刂凭€和數(shù)據(jù)線實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲區(qū)的訪問,，其內(nèi)部邏輯結構如圖2所示。

3 MMC/SPI通信協(xié)議

MMC卡上電后,，默認進入MMC模式,。如果轉入SPI模式下工作，需進行模式切換,。SPI模式設定流程如圖3所示,。

如需從SPI模式轉入MMC模式,，只能切斷電源，重新上電,，進入默認MMC模式,。從實際應用角度出發(fā)，SPI模式設計簡單,，操作方便,，但數(shù)據(jù)傳輸速率遜于MMC模式?；谠O計要求,，筆者采用了SPI通信協(xié)議。

4 存儲器讀寫接口

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,，用來與外部設備進行通信。SPI接口利用CLK,、DataIn和DataOut三根線進行數(shù)據(jù)的讀寫,。其中，CLK為時鐘信號,，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片選信號線,，在整個SPI操作過程中,，必須保持低電平有效信號。

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定了設備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時的時鐘相位和極性，即決定了時鐘信號的上升和下降沿與數(shù)據(jù)流動方向之間的關系,，如圖4所示,。本設計采用模式3。

4．2 MMC卡命令及答復信號

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

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

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

接收到每個命令后,，MMC卡都發(fā)送一個格式為R1的應答信號,，卡狀態(tài)查詢命令字CMD13除外。此應答信號占1字節(jié),，最高位為0,，低7位為錯誤標志。若某位為1,，表示存在相應錯誤,。

Busy應答信號長度為多個字節(jié)。各位都為0,，表示卡正忙,。存在非零位表明卡已經(jīng)準備好接收下一命令。

R2格式應答信號長度為2字節(jié),，用于答復卡狀態(tài)查詢命令字CMD13,。首字節(jié)格式同R1，第2個字節(jié)表示的錯誤類型,。

R3格式應答信號長度為5字節(jié),，答復卡內(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格式應答信號包括兩部分，R1格式部分和Busy格式可選附加部分,。

4．3 MMC在SPI模式下的傳輸時序

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

5 MMC卡與單片機接口實例

5．1 硬件電路設計

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

5．2 軟件設計

訪問MMC卡存儲單元前，需要設定訪問塊長度,。默認長度為512字節(jié),。本設計是通過寫緩存芯片F(xiàn)M24CL64，達到512字節(jié)后轉入主存MMC的（硬件電路圖應作相應的修改）,，所以讀寫長度不再設定,。MMC格式化為FAT文件系統(tǒng)的結構后，數(shù)據(jù)以文件的形式為上位機所讀取,。

MMC接口部分軟件設計流程如圖7所示,。

5．3 MMC卡SPI初始化與寫子程序

因為MMC可以在兩種協(xié)議下工作，且默認為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。