本文實(shí)現(xiàn)所采用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)是基于SAMSUNG公司的S3C2410AARM微處理器,，利用處理內(nèi)部的SD控制模塊,，采用GPIO擴(kuò)展的方法實(shí)現(xiàn)SDHost控制器。

　　使用S3C2410A的SD控制模塊,，通過(guò)對(duì)GPIO功能的擴(kuò)展來(lái)完成SD的檢測(cè)和寫(xiě)保護(hù)的功能,，實(shí)現(xiàn)SDHost控制器相對(duì)比較靈活。在進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中,，對(duì)SD卡檢測(cè)進(jìn)行防抖動(dòng)處理是必要的,，必須根據(jù)系統(tǒng)電路特性來(lái)確定合適的檢測(cè)時(shí)機(jī),，在驅(qū)動(dòng)程序里面實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)處理，保證整個(gè)系統(tǒng)的效率,。

　　1 SDHost硬件設(shè)計(jì)

　　SCDA1A0100是ALPS公司生產(chǎn)的SD卡連接插槽,，采用高可用的滑動(dòng)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到卡插入的時(shí)機(jī),。

　　通過(guò)小型化和薄型化設(shè)計(jì),，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于PDA，數(shù)碼相機(jī)和個(gè)人電腦,。當(dāng)插槽有SD卡插入時(shí),，SD卡會(huì)觸動(dòng)槽內(nèi)的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，引起卡的檢測(cè)引腳和寫(xiě)保護(hù)引腳的相應(yīng)電平變化,。

　　Samsung的S3C2410A內(nèi)部支持SDHost的控制模塊,，有SDHost控制寄存器和可以用于SDHost控制器的IO引腳，可用編程的方法對(duì)其功能進(jìn)行選擇;但對(duì)于SD卡的檢測(cè),，寫(xiě)保護(hù)和插槽的電源使能等功能沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的引腳,。在本文實(shí)現(xiàn)中，對(duì)于卡檢測(cè),、電源引腳,，通過(guò)GPIO擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。部分引腳定義如表1所示,。

表1 S3C2410A部分GPIO引腳功能定義

　　S3C2410A的GPIO引腳分為GPA,，GPB等8組，每組的IO引腳有控制寄存器(GPxCON),，數(shù)據(jù)寄存器(GPxDAT),，Pull-Up寄存器(GPxUP)進(jìn)行控制。每根引腳所在的GPxCON里有對(duì)應(yīng)位控制其功能,，通過(guò)對(duì)GPxCON編程來(lái)控制其功能,，某一時(shí)刻，該引腳只能使用一種功能,。

　　對(duì)于SD卡檢測(cè)引腳,，需要配置成外部中斷源(EINTx)，對(duì)應(yīng)的EXTINT0,，EXTINT1和EXTINT2寄存器控制該中斷源的觸發(fā)模式：低電平觸發(fā),，高電平觸發(fā)，前沿觸發(fā),，后沿觸發(fā)或是前后沿觸發(fā),。

　　S3C2410A時(shí)鐘控制邏輯有兩個(gè)鎖相環(huán)路PLL(phaselockedloop)：UPLL專(zhuān)用于USB時(shí)鐘;MPLL能夠產(chǎn)生系統(tǒng)要求的3種時(shí)鐘信號(hào)：FCLK供CPU內(nèi)核使用，HCLK供系統(tǒng)總線(xiàn)使用,，PCLK供外部總線(xiàn)使用,。通過(guò)對(duì)MPLL控制寄存器MPLLCON配置，可以產(chǎn)生需要的時(shí)鐘頻率,。

　　在時(shí)鐘控制邏輯里,，寄存器CLKCON用來(lái)控制如USB，LCD,，UART,，SD等接口模塊的時(shí)鐘使能。其中bit[9]用于控制SD/MMC接口的時(shí)鐘,。SDHost控制器不能直接使用PCLK信號(hào),。正常工作模式下，F(xiàn)CLK為266MHz,，PCLK為66.5MHz,，而SD卡的最高時(shí)鐘為25MHz，MMC卡最高為20MHz,。通過(guò)對(duì)SDIPRE寄存器的bit[0-7]設(shè)置可以對(duì)PCLK進(jìn)行分頻,，選擇合適SD/MMC卡的工作頻率。分頻公式為：

　　Clockrate=PCLK/2/(SDIPRE[0-7]+1)

　　2 驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)

　　2.1 驅(qū)動(dòng)程序體系結(jié)構(gòu)

　　我們?yōu)殚_(kāi)發(fā)平臺(tái)上運(yùn)行的WindowsCE系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了SDHost控制器的驅(qū)動(dòng)程序,。WindowsCE下,，驅(qū)動(dòng)程序是用戶(hù)態(tài)的DLL，這些DLL向內(nèi)核提供一些接口函數(shù),，這樣設(shè)備管理模塊就可以通過(guò)這些函數(shù)與具體的硬件設(shè)備進(jìn)行通信,。

　　WindowsCE的驅(qū)動(dòng)程序模型主要有兩種類(lèi)型：流式接口驅(qū)動(dòng)和本地設(shè)備驅(qū)動(dòng)。流式設(shè)備驅(qū)動(dòng)向上層提供統(tǒng)一的流式設(shè)備接口,，而本地設(shè)備驅(qū)動(dòng)可根據(jù)具體設(shè)備要求提供相應(yīng)接口,。

　　本文實(shí)現(xiàn)中SDHost的驅(qū)動(dòng)程序采用流式接口驅(qū)動(dòng)模型。

　　驅(qū)動(dòng)程序要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的XXX_Open(),，XXX_Close(),，XXX_Init()，XXX_Deinit(),，XXX_IOControl(),，XXX_Read()，XXX_Write(),，XXX_Seek(),，XXX_PowerUp()，XXX_PowerDown()等接口函數(shù),，其中XXX為設(shè)備驅(qū)動(dòng)的前綴,，應(yīng)用程序可以通過(guò)文件操作來(lái)控制設(shè)備。

　　為了減少了SDHost驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,，使其具有較好的可移植性,，采用SDHostDDK,，它在BSQUARESD協(xié)議棧的基礎(chǔ)上，提供了平臺(tái)獨(dú)立的總線(xiàn)和客戶(hù)端驅(qū)動(dòng)和一組標(biāo)準(zhǔn)化的API供使用,。BSQUARESD卡的協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

圖1 SD卡協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)

　　該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)很大程度上減少了SDHost驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使SDHost控制器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)可以專(zhuān)著于硬件相關(guān)的部分,?？偩€(xiàn)驅(qū)動(dòng)是SD卡客戶(hù)端驅(qū)動(dòng)程序和SDHost驅(qū)動(dòng)程序之間的一個(gè)抽象層，它為SD卡客戶(hù)端驅(qū)動(dòng)提供平臺(tái)獨(dú)立的服務(wù)接口,。SDHost驅(qū)動(dòng)程序需要完成處理器和硬件平臺(tái)相關(guān)的處理,，向上層驅(qū)動(dòng)提供統(tǒng)一的服務(wù)接口。

　　2.2 中斷控制

　　中斷控制是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序里的關(guān)鍵部分,，它關(guān)系到操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)相應(yīng)速度和系統(tǒng)的整體性能,。WindowsCE是通用的嵌入式系統(tǒng)，它在中斷處理方面也有一定實(shí)時(shí)能力,。

　　WindowsCE處理中斷的過(guò)程分為兩部分實(shí)現(xiàn)：核心的ISR和用戶(hù)線(xiàn)程IST,。ISR實(shí)現(xiàn)一般要求短小精悍、效率很高,，它只實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的功能：響應(yīng)設(shè)備中斷并返回一個(gè)中斷標(biāo)識(shí)碼,。IST是用戶(hù)態(tài)線(xiàn)程，負(fù)責(zé)處理具體的中斷事務(wù),。

　　當(dāng)有硬件設(shè)備產(chǎn)生中斷時(shí),，系統(tǒng)進(jìn)入核心ISR執(zhí)行，響應(yīng)設(shè)備中斷并返回一個(gè)中斷標(biāo)識(shí)碼,，核心根據(jù)返回的中斷標(biāo)識(shí)碼設(shè)置相應(yīng)的事件,，該事件將引起IST的執(zhí)行，處理具體的中斷事務(wù),。處理過(guò)程如圖2所示,。

圖2 WindowsCE中斷處理過(guò)程

　　本實(shí)現(xiàn)中用到了下列中斷：SD卡檢測(cè)中斷，SDIO中斷和DMA0中斷(DMA0專(zhuān)用于SDHost的DMA數(shù)據(jù)傳輸),。SD卡檢測(cè)中斷IST負(fù)責(zé)檢測(cè)SD卡的插入和拔出,，通知上層應(yīng)用SD插槽的狀態(tài);SDIO中斷IST只是簡(jiǎn)單的通知總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)有SDIO中斷產(chǎn)生，具體處理交給SDIO卡的驅(qū)動(dòng)程序;DMA0中斷IST負(fù)責(zé)處理SD的DMA數(shù)據(jù)傳送,。

　　在WindowsCE中,，由于驅(qū)動(dòng)程序DLL運(yùn)行在用戶(hù)態(tài)，因此驅(qū)動(dòng)程序要訪問(wèn)硬件寄存器,，必須在驅(qū)動(dòng)程序的進(jìn)程空間分配一段虛擬空間,，然后將這段虛擬空間映射到硬件寄存器所映射到內(nèi)核的虛擬地址才能夠完成相應(yīng)的訪問(wèn)。SDHost驅(qū)動(dòng)程序在初始化的時(shí)候,，必須進(jìn)行資源分配和地址映射,，配置好各個(gè)GPIO引腳的功能;然后需要?jiǎng)?chuàng)建事件和相應(yīng)的中斷標(biāo)識(shí)碼的關(guān)聯(lián),，創(chuàng)建中斷服務(wù)線(xiàn)程IST，準(zhǔn)備進(jìn)行中斷響應(yīng)服務(wù),。

　　3 卡檢測(cè)與防抖動(dòng)

　　系統(tǒng)初始化時(shí),，SD_nCD檢測(cè)引腳被設(shè)置為上升沿和下降沿觸發(fā)，因此引腳電平發(fā)生變化時(shí),，都會(huì)有中斷產(chǎn)生。當(dāng)硬件產(chǎn)生中斷時(shí),，系統(tǒng)進(jìn)入核心ISR,，對(duì)SD_nCD進(jìn)行檢測(cè)，返回相應(yīng)的中斷標(biāo)識(shí)碼,，對(duì)于是SD插入還是拔出,，則由驅(qū)動(dòng)程序的IST來(lái)處理。

　　由于SD卡插槽采用的是機(jī)械式開(kāi)關(guān),，在插拔卡的時(shí)候,，機(jī)械開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、閉合時(shí)會(huì)有抖動(dòng),，導(dǎo)致SD卡檢測(cè)引腳的電平不穩(wěn)定,，從而有可能引起對(duì)卡的狀態(tài)的誤判。這樣會(huì)導(dǎo)致加載上層驅(qū)動(dòng),，初始化失敗造成系統(tǒng)宕機(jī),。為了使每次插拔只響應(yīng)一次，必須要采用相應(yīng)的方法來(lái)防止抖動(dòng),，避開(kāi)按鍵按下的抖動(dòng)時(shí)間,。

　　在驅(qū)動(dòng)程序IST里采用延時(shí)采樣的方法來(lái)避免抖動(dòng)，同時(shí)也嘗試了多次采樣的檢測(cè)方法來(lái)避開(kāi)用戶(hù)按鍵的抖動(dòng)時(shí)間,。

　　延時(shí)采樣是IST在收到SD卡檢測(cè)事件以后,，并不是立刻進(jìn)行引腳信號(hào)判斷，而是延時(shí)一段時(shí)間采樣,，延遲時(shí)間要根據(jù)系統(tǒng)電路特性而定,，然后檢測(cè)引腳信號(hào)，判斷插槽的狀態(tài)是卡插入還是拔出,。多次采樣方法是IST在收到SD卡檢測(cè)事件以后,，要對(duì)引腳進(jìn)行多次等間隔采樣，根據(jù)采樣出的多數(shù)電平信號(hào)的值來(lái)決定插槽卡的狀態(tài),。多次采樣的方法可以有更短的響應(yīng)時(shí)間,，當(dāng)采樣出的電平信號(hào)多數(shù)值不能決定卡的狀態(tài)時(shí)，需要進(jìn)行重新采樣判斷,。

　　對(duì)于延時(shí)采樣的防抖動(dòng)方法,，必須考慮到實(shí)現(xiàn)的效率,。

　　ISR運(yùn)行于系統(tǒng)核心態(tài)，它的延時(shí)會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng),，導(dǎo)致用戶(hù)的輸入響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),，造成整體性能的下降。而WindowsCE的驅(qū)動(dòng)程序是用戶(hù)態(tài)的DLL,，作為用戶(hù)進(jìn)程來(lái)調(diào)度,，因此在SDHost的驅(qū)動(dòng)程序里實(shí)現(xiàn)防抖動(dòng)，可保證系統(tǒng)整體性能不下降,。

　　對(duì)于上述兩種防抖動(dòng)方法,，我們進(jìn)行了連續(xù)插拔的測(cè)試，結(jié)果如圖3所示,。測(cè)試結(jié)果表明,，這兩種方法都取得了較好的效果，基本上解決了SD卡檢測(cè)的抖動(dòng)問(wèn)題,?！　?/p>

圖3 SD卡插拔宕機(jī)次數(shù)測(cè)試

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹的SDHost控制器已經(jīng)應(yīng)用在工程實(shí)踐中，結(jié)果表明設(shè)計(jì)是靈活有效的,，防抖動(dòng)設(shè)計(jì)對(duì)于類(lèi)似的設(shè)計(jì)也具有一定的借鑒意義,。