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MultiMediacard及其與單片機接口
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，便于開發設計小型的移動數碼設備。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。關鍵詞：MultiMediaCard 串行Flash存儲卡 ＰＩＣ單片機 接口
1 概述
Sandisc公司推出的大大容量串行Flash存儲器產品——MultiMediaCard(MMC)，通常叫作多媒體卡。它的體積比SmartMedia還要小，(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)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，還具備存儲區糾錯能力；低功耗；5ms內沒有接收到命令字后，自動轉入休眠狀態；支持熱插拔等優點。MMC可以格式化為FAT文件系統，便于上位機讀寫。
2 MMC簡介
2.1 引腳排列及功能
根據存儲容量的不同，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 協議下工作。MMC是由MMCA協會開發的高性能三線制通信協議，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/多數據塊讀寫操作，是MMC卡默認的通信協議。SPI協議為可選協議，工作效率不及MMC協議；但SPI協議簡單易用，兼容性好，便于和單片機連接使用。本設計采用SPI通信協議，下文將詳細介紹。
2．2 內部邏輯結構
MMC卡的內部邏輯結構可分為四部分：MMC/SPI接口、單芯片控制器、數據閃存模塊、控制線和數據線。MMC/SPI接口實現與主控制器的通信。單芯片控制器完成接口協議、數據存儲檢索、糾錯碼算法、故障診斷處理、電源管理和時鐘控制功能。數據內存模塊可以實現整個存儲空間內的單字節訪問，它不是簡單的字陣列，而是被分成了多種結構。512個字節構成1個扇區（sector）。根據MMC卡容量的不同，16或32個扇區構成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。控制線和數據線實現數據存儲區的訪問，其內部邏輯結構如圖2所示。
3 MMC/SPI通信協議
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，SPI模式設計簡單，操作方便，但數據傳輸速率遜于MMC模式。基于設計要求，筆者采用了SPI通信協議。
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三根線進行數據的讀寫。其中，CLK為時鐘信號，有外部控制器提供；Datain和DataOut為數據輸入和輸出線。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操作模式決定了設備接收和發送數據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據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，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，可實現基本設定、數據塊讀、數據塊寫、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卡都發送一個格式為R1的應答信號，卡狀態查詢命令字CMD13除外。此應答信號占1字節，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。各位都為0，表示卡正忙。存在非零位表明卡已經準備好接收下一命令。
R2格式應答信號長度為2字節，用于答復卡狀態查詢命令字CMD13。首字節格式同R1，第2個字節表示的錯誤類型。
R3格式應答信號長度為5字節，答復卡內OCR豁口讀命令CMD58。首字節格式同R1，其余4字節為OCR豁口內容。
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協議下讀寫時序如圖5所示。主控制器發送讀/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卡設計的便攜式數據采集系統的一部分。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。本設計是通過寫緩存芯片FM24CL64，達到512字節后轉入主存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文件系統的結構后，數據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可以在兩種協議下工作，且默認為MMC操作模式，所以必須經過初始化才能在SPI模式下工作。初始化和寫子程序代碼見www.baimashangsha.com收集整理。
圖7
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