SD存储卡的设计和实现

摘要

SD卡是被广泛使用的一种移动存储介质,在手机,数码相机,MP3播放器和数码射相机等领域得到大量应用,在移动存储领域占领了30%以上的份额,所有存储卡中占有率最高,而且也是增长最快的一种卡片,随着消费类电子的进一步发展,前途不可限量。SD卡除了高速度,低成本,大容量,小尺寸以外,安全性也是它突出的优点。但是当前市面上流行的SD卡普遍速度不高,寿命不长.普通SD卡读写速度只有7MB/s,2MB/s.论文在SD存储卡设计讨论的基础上给出了实现过程,讨论了开发的平台。围绕着提高速度设计和实现了系统架构,开发环境,基本模块设计,和读写模块设计。通过这样的实现,可以使读写的速度达到20MB/s,12MB/s.论文通过控制器和Nand Flash芯片两块大的芯片来实现SD卡硬件部分。其中控制器是我们要研究的对象。本文通过用四大模块来设计和实现这个控制器,保证了用最小的成本来实现高速度,满足了工程对成本和速度的要求,并且达到了极高的安全要求。这四个模块包括SD通讯模块、Nand Flash存储控制模块、CPRM安全模块、微处理器(增强8051)模块。本文就是以4个模块为研究对象,存储技术,通讯技术,安全技术来对其内在需求和特点做深入的研究,并在项目中分析和设计。为了保证了SD通讯的实时性,SD卡的通讯模块设计使用硬件实现MAC层。本文在SD接口设计这章来讨论这个内容。从物理层协议,MAC层协议,以及应用层协议三个层次来讨论SD的通讯模块。物理层主要是管脚的定义和物理层其他相关问题。MAC层主要是从帧组成和同步,差错控制和流量控制三个部分来讨论。应用层主要是从命令解析和响应产生来讨论。其中命令分三类,状态机控制命令,SD的定义的寄存器读写命令,和数据读写命令。Nand Flash是系统的数据存储中心,数据的安全完整性是整个系统的关键。本文使用的各种方法就是为了解决系统的存储可靠,使用可靠,存储高效等特点的。存储模块的主要讨论功能需求。功能需求主要就是映射,分操作映射和地址映射。地址映射是把逻辑地址映射到物理地址,讨论其中应该注意的一些问题。操作映射就是把扇区的读写操作映射到Page的读写和Block的删除操作。为了实现地址的映射要维护映射关系。映射关系需要建立,存储,使用和撤消。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 当前市面上流行的存储卡特点

1.2 市场规模和趋势

1.3 课题简介及研究内容

1.4 论文章节介绍

第二章 相关背景知识

2.1 8051 技术相关知识

2.1.1 标准8051

2.1.2 增强8051

2.2 通讯技术

2.2.1 OSI-ISO 参考模型

2.2.2 SD 物理层协议

2.3 Nand Flash 存储技术

2.3.1 组织形式

2.3.2 固有特性

2.3.3 功能需求和非功能需求

2.4 SD 卡

2.4.1 什么是SD 卡

2.4.2 SD 卡的内部结构

第三章 SD 接口设计

3.1 模块划分

3.2 线上传输

3.2.1 帧组成和同步

3.2.2 差错控制

3.2.3 流量控制

3.3 应用协议

3.3.1 状态机控制

3.3.2 SD 定义的寄存器

3.3.3 数据传输

3.3.4 状态产生

第四章 Nand Flash 存储管理设计

4.1 读写操作的接口需求

4.2 地址映射

4.2.1 物理空间

4.2.2 逻辑空间

4.2.3 地址映射函数

4.2.4 管理单位

4.2.5 偏移值的设计

4.2.6 映射关系的建立和撤消

4.2.7 映射关系的存储

4.2.8 映射关系的使用

4.3 操作映射

4.4 冗余区数据设计

第五章 安全模块设计

5.1 CPRM 协议

5.2 C2 算法

5.2.1 Feistel 算法

5.2.2 C2 算法框架

5.2.3 F 函数算法

5.2.4 密钥生成算法

5.2.5 混合左右两部分算法

5.2.6 使用模式

5.3 应用C2 搭建CPRM 安全系统

5.3.1 Hash 函数

5.3.2 一段函数(one-way function)

5.4 C2 与DES 的比较

第六章 系统实现

6.1 系统架构

6.2 开发环境

6.3 基本模块实现

6.3.1 Main 函数

6.3.2 Interrupt 0 函数

6.3.3 数据读操作

6.3.4 数据写操作

第七章 测试结果及分析

7.1 测试环境

7.2 测试结果

7.2.1 功能测试

7.2.2 性能测试

7.2.3 兼容性测试

7.3 测试结果分析与改进

第八章 总结

附录A 寄存器定义

附录B 全局变量定义

参考文献

致谢

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