2 軟件設(shè)計
軟件設(shè)計主要包括D12驅(qū)動、SD卡、SPI總線協(xié)議和SD卡接口程序設(shè)計。
2.1 D12驅(qū)動的實現(xiàn)
USB協(xié)議規(guī)定了一些基本準(zhǔn)則，每個設(shè)備的端點0都是可用的，屬于控制端點。有了這個基本的溝通途徑，主機就開始通過端點0向設(shè)備發(fā)出一些獲得相關(guān)設(shè)備基本狀態(tài)的命令。這些基本狀態(tài)可以反映USB設(shè)備所屬的類別及子類，反映配置狀態(tài)、接口狀態(tài)和端點狀態(tài)，主機按照USB協(xié)議建立設(shè)備間數(shù)據(jù)通道。主機向設(shè)備提出的這些命令實際上是USB協(xié)議中規(guī)定的各種標(biāo)準(zhǔn)請求，設(shè)備向主機傳送相應(yīng)的描述符，包括設(shè)備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符等。
為了使軟件可移植性強、易維護(hù)，采用了分層的方法編寫PDIUSBD12驅(qū)動程序。USB驅(qū)動程序分層結(jié)構(gòu)表如表1所示。

硬件接口（D12HAL.c）包含最底層的函數(shù)。D12命令接口（D12CI.c）實現(xiàn)PDIUSBD12的命令接口以簡化器件的編程。該層的函數(shù)及其功能如下：
(1)讀取芯片ID號：uint16 D12_ReadChipID(void)
(2)設(shè)置地址/使能：void D12_SetAddressEnable(UINT8 bAddress，UINT8 bEnable)
(3)設(shè)置端點使能：void D12_SetEndpointEnable(UINT8 bEnable)
(4)設(shè)置模式：void D12_SetMode(uint8 bConfig，uint8 bClkDiv)
協(xié)議層(Chap_9.c)和Descriptor.c用來處理標(biāo)準(zhǔn)的USB設(shè)備請求及特殊的廠商請求，如DMA等。USB主機通過標(biāo)準(zhǔn)USB設(shè)備請求，可設(shè)定和獲取USB設(shè)備的有關(guān)信息，完成USB設(shè)備的枚舉。
所有請求都是通過端點0接收和發(fā)送SETUP包完成的。接收主機SETUP包的函數(shù)為ep0_rxdone()，所有SETUP包都由函數(shù)control_handler()來處理，發(fā)送SETUP包的函數(shù)為ep0_txdone()。SETUP包的接收和發(fā)送通過控制傳輸結(jié)構(gòu)全局變量CONTROL_XFER ControlData來控制，它實現(xiàn)了以上3個函數(shù)之間的通信。CONTROL_XFER結(jié)構(gòu)體的定義如下：
typedef struct _control_xfer
{
DEVICE_REQUEST DeviceRequest； //USB設(shè)備請求
//結(jié)構(gòu)體，8 B
unsigned short wLength；　　　　//傳輸數(shù)據(jù)的總字節(jié)數(shù)
unsigned short wCount；　　　　 //傳輸字節(jié)數(shù)統(tǒng)計
unsigned char*pData；           //傳輸數(shù)據(jù)的指針
unsigned char dataBuffer[MAX_CONTROLDATA_SIZE]；
//請求的數(shù)據(jù)
} CONTROL_XFER；
應(yīng)用層（D12Driver.c）實現(xiàn)PDIUSBD12的所有功能。USB設(shè)備控制驅(qū)動、USB接口控制驅(qū)動和協(xié)議層都在應(yīng)用層的控制之中。應(yīng)用層要實現(xiàn)的任務(wù)包括：
(1)初始化PDIUSBD12，包括初始化PDIUSBD12的硬件連接、復(fù)位PDIUSBD12、配置PDIUSBD12的中斷服務(wù)程序地址、初始化應(yīng)用層相關(guān)的全局變量。
(2)編寫PDIUSBD12中斷服務(wù)程序，PDIUSBD12幾乎所有功能都通過PDIUSBD12中斷服務(wù)程序完成。因此中斷服務(wù)程序是應(yīng)用層的核心部分，也是本驅(qū)動程序的核心部分。它要完成以下任務(wù)：
①控制端點數(shù)據(jù)接收與發(fā)送中斷服務(wù)程序，負(fù)責(zé)處理控制傳輸?shù)挠嘘P(guān)工作；
②端點1和端點2數(shù)據(jù)接收與發(fā)送中斷服務(wù)程序；
③USB總線掛起、復(fù)位、DMA結(jié)束中斷服務(wù)程序；
④用戶讀寫端點1和端點2的API函數(shù)；
⑤傳輸控制處理任務(wù)，該任務(wù)用于處理枚舉、標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)請求、廠商請求等傳輸控制。
2.2 SD卡總線協(xié)議的實現(xiàn)
SD存儲卡系統(tǒng)定義了SD和SPI兩種通信協(xié)議，應(yīng)用時可以選擇其中一種模式。SD卡能使用兩種總線協(xié)議，因此涉及到協(xié)議選擇問題。SD卡總是在SD模式下被喚醒，如果系統(tǒng)想要使用SPI模式來對SD卡進(jìn)行操作，則系統(tǒng)應(yīng)該在向SD卡發(fā)送復(fù)位命令(CMD0)期間，保持CS信號有效(低電平)，這樣SD卡將進(jìn)入SPI模式。如果想從SPI模式切換回SD模式，只能對卡掉電再上電。圖3為SD卡讀寫操作圖。

2.2.1 SD總線
SD總線上的數(shù)據(jù)通信是基于以起始位開始、以停止位結(jié)束的數(shù)據(jù)位流。
命令：命令是啟動一項操作的令牌。命令可以從主機發(fā)送到一張卡（尋址命令）或發(fā)送到連接的所有卡（廣播命令）。命令在CMD線上串行傳輸。
響應(yīng)：響應(yīng)是從被尋址的卡或（同時）從所有連接的卡發(fā)送到主機，作為對接收到的命令的回答的令牌。響應(yīng)在CMD線上串行傳輸。
數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)可以從卡發(fā)送到主機或者相反。
SD存儲卡的數(shù)據(jù)傳輸通過塊的形式進(jìn)行。數(shù)據(jù)塊后面通常有CRC位，它定義了單塊和多塊操作。在快速寫操作中使用多塊操作模式最理想。當(dāng)CMD線出現(xiàn)停止命令時，多塊傳輸結(jié)束。主機可以配置數(shù)據(jù)傳輸是使用一條還是多條數(shù)據(jù)線。SD模式讀操作如圖3(a)所示。
2.2.2 SPI總線
SPI信道是面向字節(jié)的。每個命令或數(shù)據(jù)塊都由8位的字節(jié)組成，而且字節(jié)與CS信號對齊（即長度是8個時鐘周期的倍數(shù)）。與SD協(xié)議相似，SPI報文由命令、響應(yīng)和數(shù)據(jù)塊令牌組成。主機和卡之間的所有通信都由主機控制。主機通過將CS信號置低電平啟動總線處理。
SPI模式中的響應(yīng)行為在以下三個方面與SD模式不同：
(1)被選中的卡總會響應(yīng)命令。
(2)使用兩種新的響應(yīng)結(jié)構(gòu)（8 bit和16 bit）。
(3)當(dāng)卡遇到數(shù)據(jù)檢索錯誤時會用錯誤響應(yīng)（替代要求的數(shù)據(jù)塊），而不是用SD模式中的超時響應(yīng)。
SPI模式支持單塊和多塊的寫命令。在接收有效的寫命令前，卡會用響應(yīng)令牌響應(yīng)，并等待主機發(fā)送數(shù)據(jù)塊。CRC后綴、塊的長度和起始地址的限制都與讀操作相同。SPI模式寫操作如圖3(b)所示。
在接收到數(shù)據(jù)塊后，卡會用數(shù)據(jù)響應(yīng)令牌響應(yīng)。如果數(shù)據(jù)塊被無錯接收，它將被燒寫(/編程)到卡中。在卡燒寫(/編程)期間，卡會向主機發(fā)送連續(xù)的忙令牌流(有效地保持DataOut線為低電平)。SPI模式寫操作函數(shù)如下：
/***********************

**函數(shù)名稱：SD_Write_BlockData()
**功能描述：寫塊數(shù)據(jù)
**入口參數(shù)：wrbuf 寫緩沖區(qū) m=0 寫單塊 m=1 寫多塊
**出口參數(shù)：操作是否成功
***********************

　　uint8 SD_Write_BlockData(uint8*wrbuf，uint8 m)
{
SPI_CS_Assert()；
if(m==0)
SPI_Send_Byte(SD_TOK_WRITE_
STARTBLOCK)；　　//發(fā)寫單塊令牌
else
SPI_Send_Byte(SD_TOK_WRITE_STARTBLOCK_M)；
for(i=0；i

根據(jù)大容量傳輸協(xié)議的需求，對SD卡的操作只需要實現(xiàn)卡的初始化（包括進(jìn)入SPI模式并獲得卡的有關(guān)信息）；向卡發(fā)命令；向卡指定地址寫數(shù)據(jù)；從卡指定地址讀出數(shù)據(jù)。SD卡初始化程序的調(diào)用建立在SPI接口已初始化的基礎(chǔ)上。
為了可以兼容MMC卡，在初始化的過程中必須把SPI時鐘設(shè)置為低于400 kHz，在初始化結(jié)束時，再恢復(fù)到SPI的最大時鐘速率。這個時鐘速率應(yīng)該低于CSD寄存器中TRAN_SPEED字段的值。
    在ARM7LPC2132嵌入式控制器硬件平臺上，實現(xiàn)了對SD卡的讀寫控制、D12驅(qū)動，在SD和SPI總線協(xié)議方式下，提供相關(guān)的硬件設(shè)計和SD卡接口程序設(shè)計方法，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存儲提供了一種方便、可靠的方案。