本文實現所采用的開發(fā)平臺是基于SAMSUNG公司的S3C2410AARM微處理器，利用處理內部的SD控制模塊，采用GPIO擴展的方法實現SDHost控制器。
使用S3C2410A的SD控制模塊，通過對GPIO功能的擴展來完成SD的檢測和寫保護的功能，實現SDHost控制器相對比較靈活。在進行驅動程序開發(fā)過程中，對SD卡檢測進行防抖動處理是必要的，必須根據系統(tǒng)電路特性來確定合適的檢測時機，在驅動程序里面實現防抖動處理，保證整個系統(tǒng)的效率。
1 SDHost硬件設計
SCDA1A0100是ALPS公司生產的SD卡連接插槽，采用高可用的滑動觸點開關，能夠準確地檢測到卡插入的時機。
通過小型化和薄型化設計，已經廣泛應用于PDA，數碼相機和個人電腦。當插槽有SD卡插入時，SD卡會觸動槽內的觸點開關，引起卡的檢測引腳和寫保護引腳的相應電平變化。
Samsung的S3C2410A內部支持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，可用編程的方法對其功能進行選擇;但對于SD卡的檢測，寫保護和插槽的電源使能等功能沒有專門的引腳。在本文實現中，對于卡檢測、電源引腳，通過GPIO擴展來實現。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)，數據寄存器(GPxDAT)，Pull-Up寄存器(GPxUP)進行控制。每根引腳所在的GPxCON里有對應位控制其功能，通過對GPxCON編程來控制其功能，某一時刻，該引腳只能使用一種功能。
對于SD卡檢測引腳，需要配置成外部中斷源(EINTx)，對應的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時鐘控制邏輯有兩個鎖相環(huán)路PLL(phaselockedloop)：UPLL專用于USB時鐘;MPLL能夠產生系統(tǒng)要求的3種時鐘信號：FCLK供CPU內核使用，HCLK供系統(tǒng)總線使用，PCLK供外部總線使用。通過對MPLL控制寄存器MPLLCON配置，可以產生需要的時鐘頻率。
在時鐘控制邏輯里，寄存器CLKCON用來控制如USB，LCD，UART，SD等接口模塊的時鐘使能。其中bit[9]用于控制SD/MMC接口的時鐘。SDHost控制器不能直接使用PCLK信號。正常工作模式下，FCLK為266MHz，PCLK為66.5MHz，而SD卡的最高時鐘為25MHz，MMC卡最高為20MHz。通過對SDIPRE寄存器的bit[0-7]設置可以對PCLK進行分頻，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 驅動程序的實現
2.1 驅動程序體系結構
我們?yōu)殚_發(fā)平臺上運行的WindowsCE系統(tǒng)開發(fā)了SDHost控制器的驅動程序。WindowsCE下，驅動程序是用戶態(tài)的DLL，這些DLL向內核提供一些接口函數，這樣設備管理模塊就可以通過這些函數與具體的硬件設備進行通信。
WindowsCE的驅動程序模型主要有兩種類型：流式接口驅動和本地設備驅動。流式設備驅動向上層提供統(tǒng)一的流式設備接口，而本地設備驅動可根據具體設備要求提供相應接口。
本文實現中SDHost的驅動程序采用流式接口驅動模型。
驅動程序要實現相應的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，其中XXX為設備驅動的前綴，應用程序可以通過文件操作來控制設備。
為了減少了SDHost驅動程序設計的復雜性，使其具有較好的可移植性，采用SDHostDDK，它在BSQUARESD協(xié)議棧的基礎上，提供了平臺獨立的總線和客戶端驅動和一組標準化的API供使用。BSQUARESD卡的協(xié)議棧結構如圖1所示。
圖1 SD卡協(xié)議棧體系結構
該結構的設計很大程度上減少了SDHost驅動程序設計的復雜性，使SDHost控制器驅動程序設計可以專著于硬件相關的部分?？偩€驅動是SD卡客戶端驅動程序和SDHost驅動程序之間的一個抽象層，它為SD卡客戶端驅動提供平臺獨立的服務接口。SDHost驅動程序需要完成處理器和硬件平臺相關的處理，向上層驅動提供統(tǒng)一的服務接口。
2.2 中斷控制
中斷控制是設備驅動程序里的關鍵部分，它關系到操作系統(tǒng)的實時相應速度和系統(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時能力。
WindowsCE處理中斷的過程分為兩部分實現：核心的ISR和用戶線程IST。ISR實現一般要求短小精悍、效率很高，它只實現簡單的功能：響應設備中斷并返回一個中斷標識碼。IST是用戶態(tài)線程，負責處理具體的中斷事務。
當有硬件設備產生中斷時，系統(tǒng)進入核心ISR執(zhí)行，響應設備中斷并返回一個中斷標識碼，核心根據返回的中斷標識碼設置相應的事件，該事件將引起IST的執(zhí)行，處理具體的中斷事務。處理過程如圖2所示。
圖2 WindowsCE中斷處理過程
本實現中用到了下列中斷：SD卡檢測中斷，SDIO中斷和DMA0中斷(DMA0專用于SDHost的DMA數據傳輸)。SD卡檢測中斷IST負責檢測SD卡的插入和拔出，通知上層應用SD插槽的狀態(tài);SDIO中斷IST只是簡單的通知總線驅動有SDIO中斷產生，具體處理交給SDIO卡的驅動程序;DMA0中斷IST負責處理SD的DMA數據傳送。
在WindowsCE中，由于驅動程序DLL運行在用戶態(tài)，因此驅動程序要訪問硬件寄存器，必須在驅動程序的進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核的虛擬地址才能夠完成相應的訪問。SDHost驅動程序在初始化的時候，必須進行資源分配和地址映射，配置好各個GPIO引腳的功能;然后需要創(chuàng)建事件和相應的中斷標識碼的關聯，創(chuàng)建中斷服務線程IST，準備進行中斷響應服務。
3 卡檢測與防抖動
系統(tǒng)初始化時，SD_nCD檢測引腳被設置為上升沿和下降沿觸發(fā)，因此引腳電平發(fā)生變化時，都會有中斷產生。當硬件產生中斷時，系統(tǒng)進入核心ISR，對SD_nCD進行檢測，返回相應的中斷標識碼，對于是SD插入還是拔出，則由驅動程序的IST來處理。
由于SD卡插槽采用的是機械式開關，在插拔卡的時候，機械開關斷開、閉合時會有抖動，導致SD卡檢測引腳的電平不穩(wěn)定，從而有可能引起對卡的狀態(tài)的誤判。這樣會導致加載上層驅動，初始化失敗造成系統(tǒng)宕機。為了使每次插拔只響應一次，必須要采用相應的方法來防止抖動，避開按鍵按下的抖動時間。
在驅動程序IST里采用延時采樣的方法來避免抖動，同時也嘗試了多次采樣的檢測方法來避開用戶按鍵的抖動時間。
延時采樣是IST在收到SD卡檢測事件以后，并不是立刻進行引腳信號判斷，而是延時一段時間采樣，延遲時間要根據系統(tǒng)電路特性而定，然后檢測引腳信號，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卡檢測事件以后，要對引腳進行多次等間隔采樣，根據采樣出的多數電平信號的值來決定插槽卡的狀態(tài)。多次采樣的方法可以有更短的響應時間，當采樣出的電平信號多數值不能決定卡的狀態(tài)時，需要進行重新采樣判斷。
對于延時采樣的防抖動方法，必須考慮到實現的效率。
ISR運行于系統(tǒng)核心態(tài)，它的延時會影響整個系統(tǒng)，導致用戶的輸入響應時間過長，造成整體性能的下降。而WindowsCE的驅動程序是用戶態(tài)的DLL，作為用戶進程來調度，因此在SDHost的驅動程序里實現防抖動，可保證系統(tǒng)整體性能不下降。
對于上述兩種防抖動方法，我們進行了連續(xù)插拔的測試，結果如圖3所示。測試結果表明，這兩種方法都取得了較好的效果，基本上解決了SD卡檢測的抖動問題。
圖3 SD卡插拔宕機次數測試
4 結語
本文介紹的SDHost控制器已經應用在工程實踐中，結果表明設計是靈活有效的，防抖動設計對于類似的設計也具有一定的借鑒意義。