MMC卡定義
多媒體卡MMC(MultiMedia Card)是由美國SanDisk公司和德國Simens公司于1997年共同開發(fā)推出的一種多功能存卡,。內(nèi)置控制電路,，可以使用在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī),、MP3,、PDA等多種數(shù)字設(shè)備上，可反復(fù)記錄30萬次?，F(xiàn)在市場上的主流容量有128 MB～2 GB,。
文中首先介紹單片機(jī)對SPI協(xié)議下的MMC卡的底層讀寫操作，然后分析MMC卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),，最后詳細(xì)說明MMC卡文件的創(chuàng)建,、讀寫、刪除等操作,。該方法可應(yīng)用到與Windows有交互的嵌入式系統(tǒng)中,，便于文件的統(tǒng)一管理,。
1 單片機(jī)與MMC卡的接口
1.1 單片機(jī)與MMC卡的接口電路
接口電路采用的是Philips公司的增強(qiáng)型LPC93x系列單片機(jī)。它除了比普通的8051有更快的指令執(zhí)行周期外,，還提供多種在片的硬件接口功能,，如UART、SPI,、I2C等,，因此用LPC93x的SPI接口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與MMC卡的互連。
MMC卡有7個(gè)引腳,，支持兩種串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,，即MMC(Multimedia Card)模式和SPI(Serial PeripheralInterface) 模式。在SPI模式中,，通過4條信號線完成數(shù)據(jù)的傳輸,。這4條信號線分別是時(shí)鐘SPICLK、數(shù)據(jù)輸入MISO,、數(shù)據(jù)輸出MOSI和片選SS#,。
LPC93x單片機(jī)與MMC卡的接口電路如圖1所示。
1.2 MMC卡底層讀寫原理
MMC卡讀寫操作都是基于命令的,，通過向MMC卡發(fā)送樞直的命令并讀取樞直的響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)對MMC卡的控制,。在對MMC卡讀寫之前，首先要進(jìn)行初始化操作,。這是確保MMC卡能在SPI模式下進(jìn)行正常數(shù)據(jù)讀寫的前提,。需要注意的是，在發(fā)送使MMC卡空閑命令CMD0之前至少等待74個(gè)時(shí)鐘,，確保MMC卡進(jìn)入SPI模式,。
初始化完戚之后，如果使用默認(rèn)的塊讀寫長度(512字節(jié)),，就可進(jìn)行MMC卡的讀寫,。當(dāng)然，也可用CMD16來設(shè)置,。MMC卡的塊讀取長度,，可以是1～512字節(jié)之間的任意值。但是對MMC的寫過程則要求塊長度必須為512字節(jié),。無論是MMC卡的讀還是寫,，都要求在讀寫命令發(fā)送后有數(shù)據(jù)起始令牌FEH，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之后有2個(gè)字節(jié)的循環(huán)冗余編碼CRC(Cyclic Redundancy Codes),。
2 MMC卡文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析
要使寫入MMC卡的數(shù)據(jù)在Windows下訪問,，需要在MMC卡上創(chuàng)建Windows支持的FATl6文件系統(tǒng)。MMC卡上的FATl6文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包含分區(qū)引導(dǎo)記錄、文件分配表,、文件目錄表以及數(shù)據(jù)區(qū)4個(gè)部分,。
分區(qū)引導(dǎo)記錄通常包含4塊內(nèi)容；
?、貰IOS參數(shù)記錄塊BPB(BIPS Parameter Block),；
②磁盤標(biāo)志記錄表,；
?、鄯謪^(qū)引導(dǎo)記錄代碼區(qū)；
④結(jié)束標(biāo)志55AA,。
BPB表從扇區(qū)字節(jié)位移0bH開始,，共占25字節(jié)。表1是從MMC卡的首扇區(qū)中讀出的BPB表的內(nèi)容,。
在分區(qū)引導(dǎo)記錄之后是FAT(File Allocation Table,，文件分配表)區(qū)。FATl6的文件系統(tǒng)中有兩份完全相同的文件分配表FATl和FAT2,，每份FAT表占用空間的大小可從BPB表中查得,。
文件在磁盤上以簇為單位存儲，但是同一個(gè)文件的數(shù)據(jù)并不一定完整地存放在磁盤的一個(gè)連續(xù)的區(qū)域內(nèi),，往往會分成若干簇,，F(xiàn)AT表就是記錄文件存儲中簇與簇之問連接信息的，這就是文件的鏈?zhǔn)酱鎯?。FATl6以2個(gè)字節(jié)(即16位)表示1個(gè)簇,，起始2個(gè)字為F8FFH、FFFFH,，后面的FFFFH表示終止,，0000H表示未使用,。
緊接在FAT表之后的是文件目錄表FDT,，固定占32個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可以容納16個(gè)登記項(xiàng),，每個(gè)登記項(xiàng)的長度是32字節(jié),。
文件目錄表之后就是數(shù)據(jù)區(qū)DATA，用來存放文件數(shù)據(jù),，占用大部分的磁盤空間,。
3 MMC卡文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
單片機(jī)對MMC底層的讀寫，按照FATl6的格式對MMC卡上數(shù)據(jù)進(jìn)行操作,，就可在MMC卡上創(chuàng)建文件,、讀寫文件和刪除文件等，從而實(shí)現(xiàn)文件的管理。
3.1 文件(或目錄)的創(chuàng)建
在MMC卡上創(chuàng)建文件(或目錄)的過程就是在文件目錄表FDT中申請登記項(xiàng)的過程,。登記項(xiàng)中包括文件名,、文件長度和起始簇號等內(nèi)容。為此定義了如下結(jié)構(gòu)：
文件名一般占用8字節(jié),，長的文件名需要用resetx,ed[]數(shù)組,。文件名的首字節(jié)又表明該文件的狀態(tài)，00H表示該目錄項(xiàng)未使用,，E5H表示該文件(或目錄)已被刪除,。創(chuàng)建目錄時(shí)，屬性值設(shè)置為10H(表示子目錄),，文件長度為O,。
3.2 文件的讀寫
MMC卡上文件都是以簇為單位存取的。當(dāng)讀取MMC卡上的文件時(shí),，首先要根據(jù)文件名查找到該文件的目錄登記項(xiàng),。根據(jù)目錄登記項(xiàng)中的起始簇號既可找到文件在數(shù)據(jù)區(qū)DATA中第1簇的內(nèi)容，又可在FAT表中找到第2個(gè)簇號,。根據(jù)第2個(gè)簇號又能找到第2簇的內(nèi)容和FAT表中的第3個(gè)簇號,。這樣，就可以根據(jù)FAT表中的簇號讀取到全部文件數(shù)據(jù),。寫文件時(shí)要保證FATl和FAT2中內(nèi)容的一致性,，即對兩塊都要進(jìn)行同樣的寫操作。對于FATl6,，可以由下面的公式計(jì)算出數(shù)據(jù)起始邏輯扇區(qū)號：
起始邏輯扇區(qū)一隱藏扇區(qū)數(shù)+l+2*每FAT扇區(qū)數(shù)+FDT扇區(qū)數(shù)+(起始簇號-2)*每簇扇區(qū)數(shù)從表l可知,，MMC卡上隱藏的扇區(qū)數(shù)為0，每個(gè)FAT占用243個(gè)扇區(qū),，F(xiàn)DT固定占用32個(gè)扇區(qū),。寫文件的相關(guān)代碼如下(設(shè)文件長度小于512字節(jié))：
3.3 文件的刪除
文件的刪除也是對MMC卡上文件管理的一個(gè)重要方面。刪除文件時(shí),，并不涉及數(shù)據(jù)區(qū)的操作,，只須在文件的目錄登記項(xiàng)上作一個(gè)刪除標(biāo)記，并把文件在FAT表中所占用的簇標(biāo)記為“空簇”,。刪除文件的代碼如下：
4 小結(jié)
通過對SPI模式下MMC卡讀寫和文件系統(tǒng)的研究,，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對MMC卡FATl6文件的管理，包括文件的創(chuàng)建,、讀寫,、刪除等操作。該方法為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一種非易失性存儲器的解決方案,，采集到的數(shù)據(jù)會以標(biāo)準(zhǔn)文件的格式記錄到MMC卡上,，數(shù)據(jù)文件可在Windows下用讀卡器讀取,，在保證高性價(jià)比的同時(shí)，又方便了數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析,、處理,。通過在長時(shí)間心電圖監(jiān)測系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用，證明了該方法的可行性,。該方案也可應(yīng)用到諸如MP3等與Windows有交互的移動(dòng)存儲設(shè)備中,，便于文件的統(tǒng)一管理。
系統(tǒng)采用SPI接口,，占用較少的I／O資源,。由于SD卡也支持SPI模式，故文中的MMC卡也可以用SD卡替代,。