Đề tài Đọc dữ liệu từ SD Card và hiển thị lên LCD sử dụng Kit DE2 của ALTERA

ụ ngắt void buttons_isr( void* context, alt_u32 id), giá trị trả về của hàm này được lưu trong biến toàn cục button. Để xác định nút bấm nào được enable ngắt, ta xét câu lệnh cuối cùng: IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK( BUTTON_PIO_BASE, DATA ); Theo thứ tự từ KEY3 đến KEY0, để enable ngắt, ta cho bit thứ 4, 3, 2, 1 của DATA bằng 1. 3. Sơ đồ khối của hệ thống Avalon bus NIOS II Core LCD Controler SRAM Controler SD card Controler SDRAM Controler SD Card LCD Key Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống 3.1. SD Card SD Card có dung lượng 2G, có chứa sẵn một vài file text. SD Card Page 10 3.2. Khối xử lý Nios II Thực hiện công việc điều khiển, giao tiếp với thẻ và LCD. 3.3. Khối hiển thị LCD 1602 là LCD có sẵn trong kit DE2.. 4. SD Card 4.1.1. Sơ đồ chân và các chế độ của SD Card 4.1.1.1. Sơ đồ chân Giao tiếp trong SD Card dựa trên giao tiếp bằng 9 chân ( Clock, Command, 4 chân Data, 3 chân nguồn) có tần số làm việc lớn nhất là 50MHz sử dụng điện áp thấp. Khối điều khiển giao tiếp SD Card cũng hỗ trợ giao tiếp với thẻ Multimedia ( thực chất khác biệt giữa SD Card và Multimedia Card là quá trình khởi tạo) Hình 4.1. Sơ đồ chân thẻ SD SD Card Page 11 Bảng 4.1. Các chân trong 2 chế độ của SD Card Pin SD mode SPI mode Name Desciption Name Description 1 CD/DAT3 Card detect/Data line[Bit 3] CS Chip Select 2 CMD Command/Response DI Data in 3 VSS1 Supply voltage ground VSS Supply voltage ground 4 VDD Supply voltage VDD Supply voltage 5 CLK Clock SCLK Clock 6 VSS2 Supply voltage ground VSS2 Supply voltage ground 7 DAT0 Data line[Bit 0] DO Data out 8 DAT1 Data line[Bit 1] 9 DAT2 Data line[Bit 2] 4.1.1.2. Các chế độ của SD Card  SD mode SD mode có 4 đường truyền dữ liệu Data[0]- Data[4] và 1 đường truyền lệnh CMD. Giao tiếp qua SD bus chủ yếu dựa trên các lệnh và tín hiệu phản hồi , khởi tạo bằng bit bắt đầu và bit kết thúc.  Lệnh (command) : là tín hiệu điều khiển việc giao tiếp được host truyền đi tới các SD card. 1 command gồm 48bits chứa mã lệnh, các đối số và mã CRC(7). Comand được truyền trên đường CMD.  Phản hồi (response): là tín hiệu do Card gửi trả lại host sau mỗi command nhận trước đó. Cấu trúc của Response thường gồm 48 hoặc 136 bits bao gồm nội dung phản hồi và mã CRC( 7 hoặc 16). Tín hiệu phản hồi cũng được truyền qua đường CMD. SD Card Page 12 Hình 4.2. Định dạng gói Respones  Dữ liệu (data): dữ liều được truyền hai chiểu từ card đến host và ngược lại. Host trong chế độ SD sử dụng 1 hoặc cả 4 đường Data để truyền dữ liệu. Dữ liệu luôn được truyền theo từng khối (block), kết thúc mỗi block là mã CRC. SD Card hỗ trợ truyền từng block và truyền nhiều block trong một lượt. Có 2 dạng gói dữ liệu được sử dụng trong SD mode o 8 bit-width: dữ liệu được truyền theo từng byte, trong đó byte LSB (Least Significant Byte) được gửi trước, MSB cuối cùng. Tuy nhiên trong từng byte , MSB (Most significant bit) lại được gửi trước và LSB cuối cùng. SD Card Page 13 Hình 4.3. Định dạng gói dữ liệu – dữ liệu thông thường SD Card Page 14 o Wide width data: Hình 4.4. Định dạng gói dữ liệu – độ rộng dữ liệu  Quá trình đọc: bắt đầu khi host gửi yêu cầu đến card, card sẽ gửi trả bằng tín hiệu Response sau đó dữ liệu sẽ được card gửi (tùy vào lệnh mà dữ liệu sẽ gồm nhiều block hay chỉ 1 block) , cuối cùng host phát lệnh dừng đọc Hình 4.5. Quy trình đọc một block dữ liệu SD Card Page 15 Đọc nhiều block: Hình 4.6. Quy trình đọc nhiều block dữ liệu  Quá trình ghi: tương tự như quá trình đọc, sau khi host gửi command , nếu card gửi response chấp nhận và host sẽ gửi dữ liệu Hình 4.7. Quy trình ghi một block dữ liệu Ghi nhiều block: Hình 4.8. Quy trình ghi nhiều gói dữ liệu  SPI mode: Chế độ SPI sử dụng một đường dữ liệu và 1 đường tín hiệu CS nên có nhược điểm là tốc độ chậm hơn chế độ SD mode. Chế độ SPI trong giao tiếp với SD Card được thực hiện dựa trên chế độ SD Mode ( sử dụng phương thức giao tiếp và một số lệnh). Khác với chế độ SD Mode dựa trên SD Card Page 16 lệnh (command) và chuỗi bit truyển, dùng bit khởi đầu và kết thúc; SPI Mode chủ yếu dựa trên cơ sở byte .Mỗi lệnh hay khối dữ liệu đều tạo bởi các byte và căn theo chu kì của 8 xung clock (tín hiệu CS). Giao tiếp giữa host và card được điều khiển bới host (host điều khiển xung CS). Qua trình đọc và ghi trong chế độ SPI giống như trong chế độ SD. 4.1.2. Định dạng lưu trữ trong SD Card Trong project ta chỉ quan tâm đến FAT16 do dung lượng thẻ nhớ nhỏ hơn 2GB.Với SD Card, ta chỉ dùng 1 phân vùng partion (tức là chỉ dùng mục 1.1.2.2) Đơn vị lưu trữ nhỏ nhất trên đĩa là sector gồm 512 byte. Ta chỉ thao tác trên đơn vị này mà không thể đọc ghi dữ liêu từng đơn vị byte một. Để quản lí đĩa và theo dõi sector nào đã sử dụng và sector nào còn trống có thể cấp phát cho các file mới, DOS sử dụng một cấu trúc gọi là bảng FAT. FAT là viết tắt của "File Allocation Table" tạm dịch là "Bảng cấp phát tập tin". FAT được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1977 với phiên bản FAT12. Sau đó là các phiên bản FAT16 và FAT32. 4.1.2.1. Cấu trúc ổ đĩa cứng sử dụng FAT16 4.1.2.1.1. Master Boot Record: Nằm ở sector đầu tiên của đĩa cứng ở cylinder 0, Head 0, Sector 1. Nó chứa đoạn code đầu tiên mà máy tính chạy sau khi khởi động và bắt đầu quản lý các chương trình trong đĩa cứng. Nó còn chứa bảng phân vùng để xác định các phân vùng khác nhau trong đĩa cứng. Nếu có lỗi xảy ra ở 512 byte này thì nguy cơ thay ổ cứng mới là rất lớn ! Bảng 4.2. Master Boot Record Offset Mô tả Kích thước 000h Mã thực thi ( boots computer) 446 bytes 1BEh Chỉ mục phân vùng đầu tiên 16 byte 1Ceh Chỉ mục phân vùng thứ hai 16 byte 1Deh Chỉ mục phân vùng thứ ba 16 byte 1Eeh Chỉ mục phân vùng thứ tư 16 byte 1Feh 2 byte đánh dấu ( 55h AAh) 2 byte SD Card Page 17 4.1.2.1.2. Chỉ mục phân vùng (Partion) Bảng 4.3. Chỉ mục phân vùng Offset Mô tả Kích thước 00h Trạng thái hiện thời của phân vùng( 00h= không hoạt động, 80h= hoạt động) 1 byte 01h Bắt đầu của phân vùng( Head) 1 byte 02h Bắt đầu của phân vùng( Cylinder/ Sector) (bảng dưới) 1 word 04h Loại phân vùng(bảng dưới) 1 byte 05h Kết thúc của phân vùng(Head) 1 byte 06h Kết thúc của phân vùng( Cylinder/ Sector) 1 word 08h Số sector giữa MBR và sector đầu tiên của phân vùng 1 double word 0Ch Số sector trong phân vùng 1 double word 4.1.2.1.3. Mã hóa cylinder/Sector Để lấy được Sector từ mục trên ta thực hiên phép AND với 3Fh ( lấy 6 bit cuối) Để lấy được số Cylinder ta lấy byte cao thực hiện phép OR với byte thấy đã được dịch trái 2 lẩn sau khi AND với C0h Bảng 4.4. Cấu trúc Cylinder/Sector 15 14 … 9 8 7 6 5 … 1 0 Cylinder bit 7 -> 0 Cylinder bit 9+8 Sector bit 5->0 4.1.2.1.4. Loại Phân vùng Bảng 4.5. Loại phân vùng Giá trị Mô tả 00h Không sủ dụng 01h FAT12 04h FAT16 (phân vùng nhỏ hơn 32MB) 05h Phân vùngMS-DOS mở rộng 06h FAT 16( phân vùng lớn hơn 32MB) 0Bh FAT32 0Ch Giống như 0Bh, nhưng sử dụng LBA1 13h Extensions SD Card Page 18 0Eh Giống như 06h, nhưng sử dụng LBA1 13h Extensions 0Fh Giống như 05h, nhưng sử dụng LBA1 13h Extensions 4.1.2.1.5. Đọc nhiều phân vùng: Vì FAT 16 giới hạn 2GB cho mỗi partion, vì vậy nên đĩa cứng thường phải quản lý nhiều phân vùng . Phân vùng đầu tiên là phân vùng chính( primary partion) và các phân vùng còn lại được lưu trong phân vùng mở rộng ( Extended Partition). Chỉ mục phân vùng đầu tiên chỉ đến phân vùng chính, chỉ mục thứ hai trong bảng lưu địa chỉ phân vùng mở rộng. Để đọc các phân vùng này đầu tiên phải đọc sector đầu tiên của các phân vùng mở rộng, Sector này giống hệt như MBR nhưng không có các đoạn code. Và trong bảng chỉ mục phân vùng, chỉ mục phân vùng đầu tiên sẽ chỉ đến phân vùng mở rộng thứ hai, chỉ mục phân vùng tiếp theo sẽ chỉ đến phân vùng mở rộng khác giống như trên. Trong phân vùng mở rộng, địa chỉ sẽ được tính lại từ bảng MBR mới  MBR của đĩa cứng: o Chỉ mục thứ nhất: Chỉ đến phân vùng 1 o Chỉ mục thứ hai: Chỉ đến phân vùng mở rộng  MBR của phân vùng mở rộng: o Chỉ mục thứ nhất: Chỉ đến phân vùng 2 o Chỉ mục thứ hai: Chỉ đến các phân vùng khác sau phân vùng 2 Tại đây ta có Giá trị giữa MBR đến sector đầu tiên của phân vùng ( lưu tại địa chỉ offset 08h trong bảng Chỉ mục phân vùng) và Số Sector của phân vùng (lưu tại địa chỉ offset Och) sẽ được tính từ bảng MBR mới mà không phải từ MBR của đĩa cứng Nếu muốn đọc phân vùng tiếp theo ta lại đến bảng MBR kế  MBR của các phân vùng tiếp: o Chỉ mục thứ nhất: Chỉ đến phân vùng 3 o Nếu không có phân vùng nào nữa thì để trống SD Card Page 19 4.1.2.2. Cấu trúc của Partion sử dụng FAT16 4.1.2.2.1. Mô tả đĩa cứng FAT 16 Bảng 4.6. Loại phân vùng Offset Mô tả Bắt đầu của phân vùng Boot Sector Bắt đầu + số sector được định trước (reserved sector) Bảng FAT Bắt đầu + số sector được định trước + ( Số sector trong bảng FAT*2) Bảng Root (Root Directory Entry) Bắt đầu + số sector được định trước + ( Số sector trong bảng FAT*2) + ((Số Root Directory Entry lớn nhất*32)/ Số byte trong 1 Sector) Vùng dữ liệu (Bắt đầu tại cluster thứ 2) 4.1.2.2.2. FAT16 Boot Record Nằm ở sector đầu tiên của tất cả các partion Bảng 4.7. FAT16 Boot Record Offset Ý nghĩa Kích thước 00h Lệnh nhảy đến mã khởi động 3 bytes 03h Tên hãng sản xuất 8 bytes 0Bh Số byte trong sector 1 word 0Dh Số sector trong 1 cluster 1 byte 0Eh Sector được bảo vệ 1 word 10h Số bản copy của bản FAT 1 byte 11h Số chỉ mục trong phần root 1 word 13h Số sector trong phân vùng nhỏ hơn 32MB 1 word 15h Mô tả phương tiện lưu trữ ( f8h cho đĩa cứng) 1 byte 16h Số sector cho bảng FAT 1 word 18h Số sector trong 1 track cho ngắt 13h 1 word 1Ah Số head 1 word 1Ch Số sector ẩn trong phân vùng 1 double word 20h Số sector trong phân vùng 1 double word 24h Số ổ luận lý trong phân vùng 1 word 26h Extended signature(29h) 1 byte SD Card Page 20 27h Số serial của phân vùng 1 double word 2Bh Tên của phân vùng 11 byte 36h Tên loại FAT ( FAT12 hoặc FAT 16) 8 byte 3Eh Code 448 byte 1FEh 2 byte đánh dấu ( 55h AAh) 2 byte 4.1.2.2.3. Bảng FAT - Ý nghĩa của Cluster Một Cluster là một tập hợp các Sector chứa thông tin trong đĩa cứng.Một Cluster 16K chứa 32 Sector (512*32=16384). Mỗi một Cluster được biểu diễn bằng một ô trong bảng FAT. Khi nhìn vào số của các ô trong bảng FAT ta có thế biết được cluster đó đã có dữ liệu hay chưa, dữ liệu đã kết thúc hay chưa, nếu chưa thì ở cluster nào sau nó. Tất cả dữ liệu trong 1 phân vùng đều bắt đàu từ cluster thứ hai (ngay sau Root Directory). Nếu ô có giá trị 0 thì cluster ứng với nó không có dữ liệu, nếu ô có giá trị FFFFh thì đó là ô cuối cùng trong chuỗi dữ liệu. Mỗi một file trong thẻ SD phải được lưu bắt đầu từ 1 cluster. Ngoài ra file có thể trải dài trên nhiều cluster khác nhau (không nhất thiết liên tục) Bảng FAT lập ra để chỉ ra khi đọc 1 file, chương trình cần đọc ở những cluster nào. Bảng 4.8. Ý nghĩa của các mã FAT Mã FAT Ý nghĩa 0000h Cluster trống 0002h-FFEFh Cluster đã có dữ liệu, chỉ đến cluster tiếp theo của file FFF0h-FFF6h Cluster định trước ( reserved cluster) FFF7h Cluster lỗi FFF8h-FFFFh Cluster đã có dữ liệu, Cluster cuối cùng của file Ví dụ: bảng FAT có 2 file, 1 file ở cluster (2,3,6), file còn lại ở (4,7) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0003 0006 0007 0000 FFFF FFFF 0000 0000 0000 SD Card Page 21 4.1.2.2.4. Bảng Root: Bảng 4.8. Bảng Root Name Offset Size Description DIR_Name 0 11 Tên của file DIR_Attr 11 1 Mô tả file ATTR_READ_ONLY 0x01 ATTR_HIDDEN 0x02 ATTR_SYSTEM 0x04 ATTR_VOLUME_ID 0x08 ATTR_DIRECTORY 0x10 ATTR_ARCHIVE 0x20 ATTR_LONG_NAME ATTR_READ_ONLY| ATTR_HIDDEN| ATTR_SYSTEM| ATTR_VOLUME_ID DIR_NTRes 12 1 Luôn khởi tạo là 0 DIR_CrtTimeTenth 13 1 Có giá trị hợp lệ từ 0 – 200. Tương đương với 2 giây (10 milisecond – một đơn vị). Chứa giá trị giây của thời điểm tạo file DIR_CrtTime 14 2 Chứa thời điểm tạo file DIR_CrtDate 16 2 Chứa ngày tạo file DIR_LstAccDate 18 2 Chứa thời điểm cuối cùng truy nhập DIR_FstClusHI 20 2 Chứa 2 byte đầu của địa chỉ file (hay 2 byte đầu tiên của số thứ tự của sector đầu tiên chứa file). Luôn luôn là 0 đối với FAT16 DIR_WrtTime 22 2 Chứa thời gian cuối cùng ghi thẻ DIR_WrtDate 24 2 Chứa ngày cuối cùng ghi thẻ DIR_FstClusLO 26 2 Chứa 2 byte thấp của địa chỉ file. DIR_FileSize 28 4 Kích thước file. DIR_Name[0]: Nhận giá trị 0x00, 0xE5: Entry này rỗng. Nếu tên file bắt đầu là 0xE5 thì DIR_Name[0] = 0x05. DIR_Name[0] không thể là 0x20. Kí tự ‘.’ Không được biểu diễn trong trường này Ngoài ra, DIR_Name không có các kí tự sau: SD Card Page 22  Giá trị nhỏ hơn 0x20 ngoại trừ kí tự đăc biệt 0x05 như nói ở trên  0x22, 0x2A, 0x2B, 0x2C, 0x2E, 0x2F, 0x3A, 0x3B, 0x3C, 0x3D, 0x3E, 0x3F, 0x5B, 0x5C, 0x5D, 0x7C Date and Time: Ngày: gồm có 2 byte (tức 16 bit) dựa trên cơ sở ngày 01/01/1980 như sau  Bit 0 – 4: Ngày: giá trị 1 – 31  Bit 5 – 8: Năm: giá trị từ 1 – 12  Bit 9 – 15: Sô lượng năm tính từ 1980. Khoảng giá trị 0 – 127 (tức là từ 1980 – 2107) Thời gian: gồm có 2 byte (16 bit)  Bit 0 – 4: cứ 2 giây / đơn vị. Giá trị hợp lệ 0 – 29 (tức là 0 – 58 giây)  Bit 5 – 10: Phút: giá trị từ 0 – 59  Bit 11 – 15: Giờ: giá trị hợp lệ từ 0 –23 Như vậy, giá trị có thể biểu diễn được từ 00:00:00 đến 23:59:58 4.2. Các thanh ghi trong SD Card Bảng 4.9. Các thanh ghi của SD Card Tên Độ rộng Mô tả CID 128 Chỉ số của Card; nếu có nhiều Card, mỗi Card sẽ có một CID khác nhau. RCA 16 Relative card address; địa chỉ hệ thống của một Card. DSR 16 Driver Stage Register; để cấu hình driver đầu ra của Card CSD 128 Card Specific Data; thông tin về điều kiện hoạt động của Card. SCR 64 SD Configuration Register; OCR 32 Thanh ghi điều kiện hoạt động SSR 512 SD Status; thông tin về các tính chất của Card. CSR 32 Card Status; Ta chỉ quan tâm tới 2 thành ghi đặc biệt: OCR và CID. SD Card Page 23 4.2.1. OCR (operation conditions register) Là 1 thanh ghi 32 bit lưu thông tin về điện áp của card. Thêm vào đó, thanh ghi này còn bao gồm cả các bit thông tin trạng thái (status information bits). 1 bit trạng thái được set nếu thủ tục khởi tạo card được hoàn thành. Thanh ghi này còn bao gồm 1 bit trạng thái khác chỉ ra trạng thái lưu trữ của card sau khi (set power up status bit).  Lưu thông tin điện áp Bit 7 của OCR được định nghĩa cho Dual Voltage Card và mặc định đặt tới 0. Nếu một Dual Voltage Card không nhận CMD8, bit 7 OCR trong response sẽ là 0 và ngược lại.  2 bit trạng thái (status information bits) Bit 31: bit trạng thái cấp điện của card . Bit này = 1 nếu thủ tục cấp điện cho card đã được hoàn thành. Bit 30: bit lưu trạng thái lưu trữ (CCS). =1 nếu card là High Capacity SD Memory Card và ngược lại. bit này là hợp lệ nếu card được cấp điện và bit 30 = 1. Sở dĩ có bit này vì có 1 chuẩn riêng cho High Capacity SD Memory Card. 4.2.2. CID Là 1 thanh ghi 128 bit. Nó chưa thông tin để nhận dạng card (card indentification information) được sử dụng trong pha card identification. Mỗi card (trong hệ thống có thể có nhiều card) sẽ có một chỉ số duy nhất. Cấu trúc của thanh ghi CID được định nghĩa trong bảng sau Bảng 4.10. Các trường CID Tên Trường Độ rộng CID slice Manufacturer ID MID 8 [127:120] OEM/Application ID O OID 16 [119:104] Product name PNM 40 [103:64] 1 vài trường khác SD Card Page 24 4.3. Cách gửi lệnh và nhận phản hồi 4.3.1. CRC CRC được dùng làm mã chống lỗi cho 1 từ mã cần truyền đi. Chúng được tính toán và thêm vào cuối từ mã cần truyền. Khi nhận, máy thu sẽ tính toán kiểm tra có lỗi không. Nếu có, có thể dừng thao tác hoặc yêu cầu đầu thu gửi lại. Việc tính toán mã CRC được thực hiện như sau: - Xét 1 từ mã sinh độ dài m. Xét đa thức sinh tương ứng G(x) có bậc m-1. - Với mỗi từ mã cần truyền đi có độ dài n. Viết đa thức từ mã tương ứng M(x). - Đa thức CRC là đa thức dư R(x) trong phép chia ( ) ( ), là một đa thức bậc m-2. - Từ được truyền đi là từ tương ứng với đa thức ( ) ( ) ( ) - Khi kiểm tra, nếu không có lỗi trong khi truyền, đa thức T(x) sẽ chia hết cho G(x). Ta làm một ví dụ đơn giản để tính mã CRC trong trường hợp m = 4. 10010001110000 1011 00100001110000 1011 001101110000 Từ mã ban đầuthêm 4 bit 0 Từ mã sinh - số chia Kết quả (lại đưa vào phép tính tiếp theo) Số chia được dịch sang phải cho tới khi gặp bit 1 đầu tiên(màu đỏ) ……... Hình 4.9. Ví dụ về mã CRC Kết quả của phép tính thứ nhất lại được đưa vào làm số bị chia cho phép tính tiếp theo. Lúc này ta dịch số chia sang trái cho đến khi gặp bit 1 đầu tiên tương ứng của số bị chia như trong ví dụ trên. Quá trình được dừng lại khi tất cả các bit từ bit thứ 4 trở về trước của kết quả bằng 0. Chúng ta có thể nhận thấy đây cũng chính là cách thực hiện phép chia đa thức trong hệ module 2. Trong SD Card, CRC được sử dụng để bảo vệ Command, respones và việc truyền dữ liệu khỏi lỗi trên bus SD Card. CRC được tạo ra cho mọi Command và kiểm tra cho mọi response trên đường CMD. Đối với khối dữ liệu (data blocks), mỗi khi chuyển 1 khối dữ liệu thì một CRC cũng được sinh ra và kèm vào cuối của đoạn Command, response hoặc đoạn dữ liệu đó. Có 2 loại mã CRC được sử dụng trong SD Card là: SD Card Page 25  CRC7 CRC7 được sử dụng cho tất cả các Command và tất cả các response ngoại trừ kiểu response R3. CRC7 là một giá trị 7-bit và được tính như sau: Đa thức sinh: G(x) = Đa thức từ mã: M(x) = ( ) ( ) ( ) CRC[6…0] = phần dư ( ( ) ) ( )  CRC16 Trong trường hợp 1 đường DAT được sử dụng, CRC16 được sử dụng để bảo vệ 1 khối dữ liệu được chuyển đi. CRC16 là một giá trị 16-bit và được tính như sau: Đa thức sinh: G(x) = Đa thức từ mã: M(x) = ( ) ( ) ( ) CRC[15…0] = phần dư ( ( ) ) ( ) 4.3.2. Command Để điều khiển SD Card, Vi xử lý sẽ gửi các Command đến SD Card qua đường CMD trong chế độ SD. Đối với SD Card, có rất nhiều Command được sử dụng, tuy nhiên, trong giới hạn đề tài, chúng ta chỉ xét một vài Command được sử dụng. Chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu các kiểu Command. 4.3.2.1. Command Types (Các kiểu Command) Có 4 kiểu Command được định nghĩa để điều khiển SD Card:  Broadcast Command (bc), không có response.  Broadcast Commands with Response (bcr)  Addressed (point-to-point) Commands (ac): không truyền dữ liệu trên đường DAT  Addressed (point-to-point) Data Transfer Commands (adtc): có truyền dữ liệu trên đường DAT. 4.3.2.2. Command Format Độ dài của mỗi Command là 48 bit. Cấu trúc của mỗi Command như sau: SD Card Page 26 Bảng 4.11. Cấu trúc mỗi Command 0 1 bit5…bit0 bit31…bit0 bit6…bit0 1 Start bit, always 0 Host Số hiệu cmd Argument CRC7 End bit, always 1. 4.3.2.3. Command Classes Có rất nhiều Command, chúng được chia thành 11 loại theo bảng sau: Bảng 4.12. Card Command Classes 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9-11 Số hiệu CMD Basic Reserved Block Read Reserved Block Write Erase Write Protection Lock Card Application Specific Reserved CMD0 + CMD2 + CMD3 + CMD4 + CMD7 + CMD9 + CMD10 + CMD12 + CMD13 + CMD15 + CMD16 + + + CMD17 + CMD18 + CMD24 + CMD25 + CMD27 + CMD28 + CMD29 + CMD30 + CMD32 + CMD33 + CMD38 + CMD42 + CMD55 + CMD56 + ACMD6 + SD Card Page 27 ACMD13 + ACMD22 + ACMD23 + ACMD41 + ACMD42 + ACMD51 + 4.3.2.4. Thông tin chi tiết về các Command Các bảng sau mô ta chi tiết một số lệnh được sử dụng trong đề tài: Bảng 4.13. Basic Command Số hiệu cmd Kiểu Argument Kiểu rsp Tóm tắt Mô tả lệnh CMD0 Bc [31:0] bit đệm =’0’ - Go_idle_state Reset tất cả các thiết bị về trạng thái rỗi CMD1 Yêu cầu thẻ gửi nội dung thông tin của thanh ghi OCR CMD2 Bcr [31:0] bit đệm =’0’ R2 All_send_cid Hỏi mọi thiết bị để gửi số hiệu card của chúng trên đường CMD CMD3 Bcr [31:0] bit đệm =’0’ R6 CMD55 ac [31:16] RCA [15:0] bit đệm R1 APP_CMD Trước mỗi lệnh acmd (lệnh có chức năng đặc biệt) ta phải dùng lệnh cmd55 này. CMD8 Bcr [31:12]reserved bits [11:8]supply coltage [7:0]checkpattern R7 SEND_EXT_CSD Yêu cầu thẻ gửi thông tin các thanh ghi CSD(Card Specific Data) dưới dạng block dữ liệu. CMD9 ac [31:16]RCA [15:0] stuffbits R2 SEND_CSD Yêu cầu thẻ gửi thông tin cụ thể của thanh ghi CSD. CMD16 Thiết lập độ lớn tính theo byte của một block dữ liệu, giá trị mặc này được lưu trong CSD CMD17 Đọc một block dữ liệu 4.3.3. Response SD Card Page 28 Tất cả các phản hồi được gửi qua đường CMD. Độ dài của mỗi response phụ thuộc vào kiểu response. Một response luôn luôn bắt đầu là bit ‘0’, tiếp theo là bit chỉ hướng của dòng dữ liệu trên đường CMD, ‘1’ nếu hướng là host-card, ‘0’ là hướng ngược lại. Trong những bảng dưới đây, một giá trị được ký hiệu là ‘x’ nếu nó là khu vực biến. Tất cả các response ngoại trừ kiểu R3 đều được bảo vệ bởi 1 byte CRC. Bit kết thúc luôn luôn là 1. Có 5 kiểu response trong SD Card. 4.3.3.1. R1 (normal response Command) Độ dài 48 bit. Các bit 45:40 chỉ ra số hiệu CMD tương ứng. Trạng thái của Card được lưu trong 32 bit 39:8. Chú ý rằng nếu việc truyền dữ liệu quá phức tạp, một tín hiệu báo bận có thể xuất hiện trên được dữ liệu sau sự truyền 1 block dữ liệu. Host sẽ kiểm tra việc bận này sau khi truyền 1 block. Trạng thái của card sẽ được mô tả sau. Bảng 4.14. Response R1 Vị trí 47 46 [45:40] [39:8] [7:1] 0 Độ rộng (bits) 1 1 6 32 7 1 Giá trị ‘0’ ‘0’ X X X ‘1’ Mô tả start bit transmission bit command index card status CRC7 end bit 4.3.3.2. R1b R1b chính là R1 với với 1 tín hiệu báo bận được truyền trên đường dữ liệu. Card có thể bận sau khi nhận lệnh. Host sẽ kiểm tra bận cho mọi response. 4.3.3.3. R2 (Thanh ghi CID, CSD) Độ dài 136 bit. Nội dung của thanh ghi CID được gửi như là 1 response cho các lệnh CMD2 và CMD10. Nội dung của thanh ghi CSD được gửi như là response của CMD9. Chỉ có các bit [127…1] trong thanh ghi CID hay CSD được truyền, bit[0] của nó được thay thế bằng bit cuối của response ‘1’. Bảng 4.15. Response R2 Vị trí 135 134 [133:128] [127:1] 0 Độ dài 1 1 6 127 1 Giá trị ‘0’ ‘0’ ‘111111’ X ‘1’ Mô tả Start bit Transmission bit Reserved CID hoặc CSD, CRC7 End bit SD Card Page 29 4.3.3.4. R3 (Thanh ghi OCR) Độ dài 48 bit. Nội dung của thanh ghi OCR được như là phản hồi cho lệnh ACMD41. Bảng 4.16. Response R3 Vị trí 47 46 [45:40] [39:8] [7:1] 0 Độ rộng (bits) 1 1 6 32 7 1 Giá trị ‘0’ ‘0’ ‘111111’ X ‘1111111’ ‘1’ Mô tả start bit transmission bit Reserved OCR Reserved end bit 4.3.3.5. R6 (Published RCA response) Độ dài 48 bit. Bit [45:40] chỉ ra số hiệu CMD tương ứng. 16 bit đầu của trương argument được sử dụng cho Published RCA number. Bảng 4.17. Response R6 Vị trí 47 46 [45:40] [39:8] [7:1] 0 Độ dài 1 1 6 16 16 7 1 Giá trị ‘0’ ‘0’ x x x x ‘1’ Mô tả start bit transmission bit command index Published RCA[31:16] mới [15:0] card status bit: 23,22,19,12:0 CRC7 End bit 4.3.3.6. R7 (Card interface condition) Độ dài 48 bit. Thông tin về điện áp được gửi như là response của CMD8. Bit [19:16] chỉ ra khoản điện áp mà card hỗ trợ. Nếu card phù hợp với nhưng điện áp cung cấp thì nó trả lại R7 response. Trong loại response này, card phản hồi cả khoảng điện áp và check pattern set trong trường argument. Bảng 4.18. Response R7 Vị trí 47 46 [45:40] [39:20] [19:16] [15:8] [7:1] 0 Độ dài 1 1 6 20 4 8 7 1 Giá trị ‘0’ ‘0’ ‘001000’ ‘00000h’ x x x ‘1’ Mô tả start bit transmission bit command index Reserved bit Voltage accept Echo-back of check pattern CRC7 End bit Bảng 4.19. Voltage accepet trong R7 SD Card Page 30 Voltage accepted Value Definition 0000b Không được định nghĩa 0001b 2.7-3.6 V 0010b Bảo vệ cho khoảng điện áp thấp 0100b Reserved 1000b Reserved Còn lại Không được định nghĩa 4.4. Phương pháp truyền nhận dữ liệu 4.4.1. Card Initialization and Card Initializatio Ban đầu, ta khởi tạo cho các chân và chế độ cho các đường command và data - Gửi lệnh, nhận dữ liệu - Kéo chân CLK, CMD lên cao và DATA xuống thấp Lệnh CMD0 – lệnh này không có phản hồi. - Lệnh này là lệnh Reset mềm có tác dụng set card về trạng thái Idle. - Sau lệnh này, đường CMD sẽ ở trạng thái chờ lệnh tiếp theo. Những card được khởi tạo sẽ được mặc định có địa chỉ tương đối relative card address (RCA=0x0000). Lệnh CMD55 (APP_CMD) – phản hồi R1 - Lệnh này báo hiệu cho card biết lệnh tiếp theo là lệnh dạng application specific command (lệnh ACMD41). - RCA được sử dụng cho CMD55 ở trạng thái nghỉ sẽ là địa chỉ mặc định của card là 0x0000. Lệnh ACMD41(SEND_RELATIVE_ADDR)–phản hồi R3 - Lệnh này cần thiết để host có thể nhận dạng và loại bỏ những thẻ không phù hợp với mức điện áp VDD đòi hỏi của host. - Bit báo bận trong OCR sẽ được card sử dụng để báo cho host biết quá trình khởi tạo AC