CN100365606C - 安全数字存储卡数据的存储器直接存取方法及其接口电路 - Google Patents

Abstract

一种SD卡数据的存储器直接存取方法，SD卡通过SD卡读写接口与包括DMAC的设备相连，SD卡读写接口包括SD控制器和SD控制器、DMAC之间的接口SDMA，从SD卡读数据时，DMAC置读请求信号为有效，输出要读的数据的地址；SDMA向SD控制器发送启动信号，同时将该地址送到总线信号上；SD控制器收到启动信号后，向SD卡发出数据块读读命令，将SD卡发来的数据存入本地的缓存；随后，SD控制器检测到缓存写入一个数据块数据后，将和SDMA间的读使能信号置为有效，SDMA在读使能信号有效时，将和DMA间的读使能信号置为有效，DMAC从数据总线上读一个数据块的数据。本发明可对SD卡数据进行存储器直接存取。

Description

安全数字存储卡数据的存储器直接存取方法及其接口电路

技术领域

本发明涉及对SD(安全数字存储卡)数据的读写方法及其接口电路。

背景技术

目前，很多设备，尤其是移动设备都需要支持SD卡的读写，也就是需要具有SD卡的读写接口，这里称之为SD-Reader。但是，目前设备与SD卡之间的读写还没有采用DMA(存储器直接存取)方式的，当需要实现对SD卡数据快速、批量的读写时，目前的SD-Reader还不能满足该需要。因此，需要设计一个新的SD-Reader来实现设备上的DMA控制器与SD卡之间的数据传输。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种SD卡数据的存储器直接存取方法及其接口电路。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种安全数字存储卡数据的存储器直接访问方法，应用于安全数字存储卡，即SD卡及通过SD卡读写接口与其相连的设备组成的系统，该设备中还包括一存储器直接存取控制器DMAC，该SD卡读写接口包括SD控制器和位于该SD控制器和DMAC之间的接口电路SDMA，该方法包括设备从SD卡读数据的过程，该过程包括以下步骤：

(a)DMAC将和SDMA间的读请求信号置为有效，同时输出要读的数据的地址；

(b)SDMA检测到读请求信号有效后，记录下要读的数据的地址，然后向SD控制器发送存储器直接存取启动信号，同时将要读的数据的地址送到总线信号上；

(c)SD控制器收到启动信号之后，向SD卡发出数据块读命令，并将收到的SD卡发来的数据存入本地的缓存；

(d)随后，SD控制器、SDMA以及DMAC并行执行以下操作：

SD控制器检测到缓存中已写有一个数据块的数据后，将和SDMA间的读使能信号置为有效，等待SDMA将数据读出；

SDMA检测到读使能信号有效时，如数据已读完，向SD控制器返回存储器直接存取停止信号，如未读完，再将和DMAC间的读使能信号置为有效，通知DMAC读出当前数据块的数据；

DMAC检测到读使能信号有效时，置读请求信号为无效，然后置读信号有效并保持，从数据总线上读取一个数据块的数据，读取完成后置读信号无效。

进一步地，上述存储器直接访问方法还可具有以下特点：所述步骤(a)中，DMAC还向SDMA输出要读的数据块的个数；所述步骤(b)中，SDMA同时记录下该数据块个数，并将该个数送到总线上；所述步骤(c)中，SD控制器根据数据块个数是否为1向SD卡发出单数据块读或多数据块读命令；所述步骤(d)中，SDMA是根据数据块个数是否为1来判断数据是否已读完，如果是，向SD控制器发送存储器直接存取停止信号，结束读操作；否则将数据块个数减1，将读地址加一个数据块的字节数，继续检测读使能信号是否有效。

进一步地，上述存储器直接访问方法还可具有以下特点：所述步骤(b)中，SDMA先检测SD控制器的状态，如检测到SD控制器空闲，再向SD控制器发送存储器直接存取启动信号。

进一步地，上述存储器直接访问方法还可具有以下特点：所述步骤(d)中，SD控制器在将读使能信号置为有效的同时，还向SDMA输出指示当前数据块读操作是否出错的读结束状态信号；SDMA检测到读使能信号有效时，还根据返回的读结束状态判断当前数据块读是否出错，如果没有出错，则将和DMA间的读使能信号置为有效，如果出错，则向DMAC输出一出错状态信号；DMAC在检测到读使能信号有效的同时还检测是否有该出错状态信号，如有，则进行出错处理，如无，再执行读操作。

进一步地，上述存储器直接访问方法还可具有以下特点：该方法包括设备向SD卡写数据的过程，该过程包括以下步骤：

(A)DMAC置输出到SDMA的写请求信号为有效，同时输出要写的数据的地址；

(B)SDMA检测到该写请求有效后，记录下要写的数据的地址，然后向SD控制器发送存储器直接存取启动信号，同时将要写的数据的地址送到总线信号上；

(C)SD控制器收到启动信号后，向SD卡发出数据块写命令，在收到SD卡返回的指示可写入的响应之后，将和SDMA间的写使能信号置为有效，等待数据写入；

(D)SDMA检测到和SD控制器间的写使能信号有效后，将和DMAC间的写使能信号置为有效；

(E)随后，SD控制器、SDMA以及DMAC并行执行以下操作：

DMAC检测到写使能信号有效后，先准备好当前数据块的数据，置写信号有效并保持，将一个数据块的数据送到数据总线上以写入SD控制器的缓存，之后再将置信号为无效；

SDMA检测到DMAC已向SD控制器的缓存中写入一个数据块的数据后，将和SD控制器间的写信号置为有效；在检测到和SD控制器间的写使能信号有效时，如数据已写完，向SD控制器返回存储器直接存取停止信号，结束写数据，如未写完，再将和DMAC间的写使能信号置为有效；

SD控制器检测到和SDMA间的写信号有效后，根据SD协议将数据写入SD卡，然后将和SDMA间的写使能信号置为有效。

进一步地，上述存储器直接访问方法还可具有以下特点：所述步骤(B)中，SDMA先检测SD控制器的状态，如检测到SD控制器空闲，再向SD控制器发送存储器直接存取启动信号。

进一步地，上述存储器直接访问方法还可具有以下特点：所述步骤(A)中，DMAC还向SDMA输出要读的数据块的个数；所述步骤(B)中，SDMA同时记录下该数据块个数，并将该个数送到总线上；所述步骤(C)中，SD控制器根据数据块个数是否为1向SD卡发出单数据块写或多数据块写命令；所述步骤(E)中，SDMA是根据数据块个数是否为1来判断数据是否已写完的，如果已写完，向SD控制器发送存储器直接存取停止信号，结束读操作；否则将数据块个数减1，将读地址加一个数据块的字节数，继续检测读使能信号是否有效。

进一步地，上述存储器直接访问方法还可具有以下特点：所述步骤(E)中，SD控制器在将写使能信号置为有效的同时，还向SDMA输出指示当前数据块写操作是否出错的写结束状态信号；SDMA检测到写使能信号有效时，还根据返回的写结束状态判断当前数据块写是否出错，如果没有出错，则将和DMA间的写使能信号置为有效，如果出错，则向DMAC输出一出错状态信号；DMAC在检测到写使能信号有效的同时还检测是否有该出错状态信号，如有，则进行出错处理，如无，再执行写操作。

本发明的SD卡读写接口电路包括用于实现与安全数字存储卡，即SD卡的通信协议的SD控制器、连接在SD控制器和存储器直接存取控制器DMAC之间的接口电路SDMA，该SDMA用于实现DMAC和SD控制器之间的通信和数据传输，进一步包括SD控制器状态检测模块、SD控制器读写时序产生模块、DMA状态检测模块、DMA读写时序产生模块和协议分析执行模块，其中：

所述SD控制器状态检测模块，用于检测SD控制器发过来的读、写使能信号和数据块读、写状态信号，把信号同步之后发给协议分析执行模块；

所述SD控制器读写时序产生模块，用于接收协议分析执行模块的指令，判断是读还是写操作，产生时序信号实现和SD控制器之间的数据传输；

所述DMA状态检测模块，用于检测DMA发过来的请求信号、状态信号、读使能信号和写使能信号，把信号同步之后发给协议分析执行模块；

所述DMA读写时序产生模块，接收协议分析执行模块的指令，判断是读还是写操作，产生时序信号实现和DMAC之间的数据传输；

所述协议分析执行模块，用于根据SD控制器状态检测模块、DMA状态检测模块发过来的信号，决定需要进行的操作，控制SD控制器读写时序产生模块和DMA读写时序产生模块产生相应的时序信号。

由上可知，本发明通过SD卡读写接口电路中设置SD控制器和DMA控制器之间的接口电路，实现了对SD卡数据的存储器直接存取，并可进一步满足对SD卡数据快速、批量读写、出错检查的需要。

附图说明

图1是本发明实施SD卡读写的系统框图。

图2是图1中SD控制器和DMA控制器之间的SDMA接口电路的单元组成图。

具体实施方式

图1本发明实施例SD卡读写的系统框图，示出了本发明SD-Reader的组成以及与其它模块的连接关系。SD-Reader包括两部分：第一部分为SD控制器(SD控制器，也简写为SDC)，用于实现与SD卡的通信协议，可通过SD总线对SD卡进行控制和数据读写，可参考现有标准。第二部分为SD控制器和DMA控制器(以下简称为DMAC)之间的接口电路，以下称为SDMA，用于实现DMAC和SD控制器之间的通信和数据传输，是本发明重点要讨论的内容。

如图2所示，SDMA包括SD控制器状态检测模块、SD控制器读写时序产生模块、DMA状态检测模块、DMA读写时序产生模块和协议分析执行模块。该电路可以用现场可编程门阵列(FPGA)或者专用集成电路(ASIC)实现。FPGA或者ASIC实现最简单的是编写Verilog代码，本实施例的电路是用Verilog代码来实现的。其中：

SD控制器状态检测模块，用于检测SD控制器发过来的读、写使能信号和数据块读、写状态信号，把信号同步之后发给协议分析执行模块。

SD控制器读写时序产生模块，接收协议分析执行模块的指令，判断是读还是写操作，产生时序信号实现和SD控制器之间的数据传输。

DMA状态检测模块，检测DMA发过来的请求信号、状态信号、读使能信号和写使能信号，把信号同步之后发给协议分析执行模块。

DMA读写时序产生模块，接收协议分析执行模块的指令，判断是读还是写操作，产生时序信号实现和DMAC之间的数据传输。

协议分析执行模块，用于根据SD控制器状态检测模块、DMA状态检测模块发过来的信号，决定需要进行的操作，控制SD控制器读写时序产生模块和DMA读写时序产生模块产生相应的时序信号，从而实现本发明的传输协议。

本实施例涉及的数据通信协议包括SDMA和DMAC之间的通信协议以及SDMA和SD控制器之间的通信协议，定义了数据读写的过程和时序。其中：

设备以DMA方式从SD卡读数据的过程包括以下步骤：

步骤一，DMAC将和SDMA间的读请求信号置为有效，同时，输出要读的数据的地址和要读的数据块的个数，数据块的长度是SD卡传输协议中定义的，本实施例的一个block包括512个Byte；

步骤二，SDMA检测到读请求信号有效后，首先记录下要读的数据的地址以及数据块个数，然后检测SD控制器的状态，如检测到SD控制器空闲，执行下一步；

步骤三，SDMA向SD控制器发一个时钟周期宽度的DMA启动信号，同时将要读的数据的地址和数据块个数送到总线信号上；

步骤四，SD控制器收到启动信号之后，根据数据块个数是否为1向SD卡发出单数据块读或多数据块读命令，并将收到的SD卡发来的数据存入本地的缓存；

步骤五，随后，SD控制器、SDMA以及DMAC并行执行以下操作：

SD控制器检测到缓存中已写有一个数据块的数据后，将SD控制器和SDMA之间的读使能信号置为有效，等待SDMA将数据读出，并向SDMA输出指示当前数据块读操作是否出错的读结束状态信号；

SDMA检测到读使能信号有效时，根据返回的读结束状态判断当前数据块读是否出错，如果没有出错，则置SDMA和DMAC之间的读使能信号为有效，通知DMAC读出当前block，如果出错，向DMAC输出一出错状态信号(可同时置该读使能信号为有效)；然后判断数据块个数是否为1，如果是，则读操作结束，向SD控制器发送一个时钟周期的DMA传输停止信号；否则将数据块个数减1，将读地址加512，继续检测；

DMAC检测到读使能信号有效且没有出错时，首先置读请求信号为无效，然后置读信号有效并保持512个时钟周期，从数据总线上读取一个数据块的数据，直到读取完所有数据块的数据，如果发现出错，则做出错处理。

以上流程中，SDMA和DMAC间的读使能信号相当于读请求信号的响应信号，二者实现了一次握手。

设备以DMA方式向SD卡写数据的过程包括以下步骤：

步骤A，DMAC置输出到SDMA的写请求信号为有效，同时，输出要写的数据的地址和数据块个数；

步骤B，SDMA检测到该写请求有效后，首先记录下要写的数据的地址和数据块个数，然后检测SD控制器的状态，如检测到SD控制器空闲，执行下一步；

步骤C，SDMA向SD控制器发一个时钟周期宽度的DMA启动信号，同时将要写的数据的地址和数据块个数送到总线信号上；

步骤D，SD控制器收到启动信号后，根据数据块个数是否为1向SD卡发出单数据块写或多数据块写命令；

步骤E，SD控制器在收到SD卡返回的指示可写入的响应之后，将和SDMA间的写使能信号置为有效，等待SDMA将数据写入；

步骤F，SDMA检测到和SD控制器间的写使能信号有效后，将和DMAC间的写使能信号置为有效；

步骤H，随后，SD控制器、SDMA以及DMAC并行执行以下操作：

DMAC检测到写使能信号有效后，先准备好当前数据块的数据，置写信号有效并保持512个时钟周期，将一个数据块的数据送到数据总线上以写入SD控制器缓存，之后再将置信号为无效，如检测到写出错信号，进行出错处理；

SDMA检测到DMAC已向SD控制器的缓存中写入一个数据块的数据后，将和SD控制器间的写信号置为有效；在检测到和SD控制器间的写使能信号有效时，判断数据块个数是否为1，如果是，向SD控制器发送一个时钟周期的DMA停止信号，结束写操作；否则，将数据块个数减1，写地址加512，进一步根据SD控制器返回的写结束状态判断当前数据块是否写出错，如果是，通知DMAC，如没有出错，将和DMAC间的写使能信号置为有效；

SD控制器检测到和SDMA间的写信号有效后，根据SD协议将数据写入SD卡，然后将和SDMA间的写使能信号置为有效，并返回当前数据块的写结束状态。

上述步骤H中，SDMA如检测到写出错，则拉低写使能信号，且隔一个时钟周期将写状态信号拉高再拉低，如果没有检测到写出错，则只需拉低写使能信号来通知DMAC当前数据块写结束。不过，并不局限于采用这样的信号。

综上所述，本发明实现了设备和SD卡之间DMA方式的数据读写SD卡，并且支持多数据块和单数据块的DMA传输，具有出错标志。

在上述实施例的基础上还可以有各种变换，例如，在某些设备上，只需要实现以DMA方式从SD卡上读取数据，则可以取消从SD卡上写数据的相关模块和流程。

例如，在另一实施例中，也可以一次只实现一个数据块数据的读写，这时则可以取消实施例流程中关于数据块个数的信号和相关的判断操作。

又如，在另一实施例中，对于数据出错，可以不在传输过程中进行校验，而改为由设备上层应用程序来处理，也是可以的。

Claims (10)

1.一种安全数字存储卡数据的存储器直接访问方法，应用于安全数字存储卡，即SD卡及通过SD卡读写接口与其相连的设备组成的系统，该设备中还包括一存储器直接存取控制器DMAC，该SD卡读写接口包括SD控制器和位于该SD控制器和DMAC之间的接口电路SDMA，该方法包括设备从SD卡读数据的过程，该过程包括以下步骤：

(a)DMAC将和SDMA间的读请求信号置为有效，同时输出要读的数据的地址；

(b)SDMA检测到读请求信号有效后，记录下要读的数据的地址，然后向SD控制器发送存储器直接存取启动信号，同时将要读的数据的地址送到总线信号上；

(c)SD控制器收到启动信号之后，向SD卡发出数据块读命令，并将收到的SD卡发来的数据存入本地的缓存；

(d)随后，SD控制器、SDMA以及DMAC并行执行以下操作：

SD控制器检测到缓存中已写有一个数据块的数据后，将和SDMA间的读使能信号置为有效，等待SDMA将数据读出；

SDMA检测到读使能信号有效时，如数据已读完，向SD控制器返回存储器直接存取停止信号，如未读完，再将和DMAC间的读使能信号置为有效，通知DMAC读出当前数据块的数据；

DMAC检测到读使能信号有效时，置读请求信号为无效，然后置读信号有效并保持，从数据总线上读取一个数据块的数据，读取完成后置读信号无效。

2.如权利要求1所述的存储器直接访问方法，其特征在于，所述步骤(a)中，DMAC还向SDMA输出要读的数据块的个数；所述步骤(b)中，SDMA同时记录下该数据块个数，并将该个数送到总线上；所述步骤(c)中，SD控制器根据数据块个数是否为1向SD卡发出单数据块读或多数据块读命令；所述步骤(d)中，SDMA是根据数据块个数是否为1来判断数据是否已读完，如果是，向SD控制器发送存储器直接存取停止信号，结束读操作；否则将数据块个数减1，将读地址加一个数据块的字节数，继续检测读使能信号是否有效。

3.如权利要求1所述的存储器直接访问方法，其特征在于，所述步骤(b)中，SDMA先检测SD控制器的状态，如检测到SD控制器空闲，再向SD控制器发送存储器直接存取启动信号。

4.如权利要求1所述的存储器直接访问方法，其特征在于，所述步骤(d)中，SD控制器在将读使能信号置为有效的同时，还向SDMA输出指示当前数据块读操作是否出错的读结束状态信号；SDMA检测到读使能信号有效时，还根据返回的读结束状态判断当前数据块读是否出错，如果没有出错，则将和DMA间的读使能信号置为有效，如果出错，则向DMAC输出一出错状态信号；DMAC在检测到读使能信号有效的同时还检测是否有该出错状态信号，如有，则进行出错处理，如无，再执行读操作。

5.如权利要求1所述的存储器直接访问方法，其特征在于，该方法包括设备向SD卡写数据的过程，该过程包括以下步骤：

(A)DMAC置输出到SDMA的写请求信号为有效，同时输出要写的数据的地址；

(B)SDMA检测到该写请求有效后，记录下要写的数据的地址，然后向SD控制器发送存储器直接存取启动信号，同时将要写的数据的地址送到总线信号上；

(C)SD控制器收到启动信号后，向SD卡发出数据块写命令，在收到SD卡返回的指示可写入的响应之后，将和SDMA间的写使能信号置为有效，等待数据写入；

(D)SDMA检测到和SD控制器间的写使能信号有效后，将和DMAC间的写使能信号置为有效；

(E)随后，SD控制器、SDMA以及DMAC并行执行以下操作：

DMAC检测到写使能信号有效后，先准备好当前数据块的数据，置写信号有效并保持，将一个数据块的数据送到数据总线上以写入SD控制器的缓存，之后再将置信号为无效；

SDMA检测到DMAC已向SD控制器的缓存中写入一个数据块的数据后，将和SD控制器间的写信号置为有效；在检测到和SD控制器间的写使能信号有效时，如数据已写完，向SD控制器返回存储器直接存取停止信号，结束写数据，如未写完，再将和DMAC间的写使能信号置为有效；

SD控制器检测到和SDMA间的写信号有效后，根据SD协议将数据写入SD卡，然后将和SDMA间的写使能信号置为有效。

6.如权利要求5所述的存储器直接访问方法，其特征在于，所述步骤(B)中，SDMA先检测SD控制器的状态，如检测到SD控制器空闲，再向SD控制器发送存储器直接存取启动信号。

7.如权利要求5所述的存储器直接访问方法，其特征在于，所述步骤(A)中，DMAC还向SDMA输出要读的数据块的个数；所述步骤(B)中，SDMA同时记录下该数据块个数，并将该个数送到总线上；所述步骤(C)中，SD控制器根据数据块个数是否为1向SD卡发出单数据块写或多数据块写命令；所述步骤(E)中，SDMA是根据数据块个数是否为1来判断数据是否已写完的，如果已写完，向SD控制器发送存储器直接存取停止信号，结束读操作；否则将数据块个数减1，将读地址加一个数据块的字节数，继续检测读使能信号是否有效。

8.如权利要求5所述的存储器直接访问方法，其特征在于，所述步骤(E)中，SD控制器在将写使能信号置为有效的同时，还向SDMA输出指示当前数据块写操作是否出错的写结束状态信号；SDMA检测到写使能信号有效时，还根据返回的写结束状态判断当前数据块写是否出错，如果没有出错，则将和DMA间的写使能信号置为有效，如果出错，则向DMAC输出一出错状态信号；DMAC在检测到写使能信号有效的同时还检测是否有该出错状态信号，如有，则进行出错处理，如无，再执行写操作。

9.一种用于实现如权利要求1所述方法的安全数字存储卡读写接口电路，包括用于实现与安全数字存储卡，即SD卡的通信协议的SD控制器，其特征在于，还包括连接在SD控制器和存储器直接存取控制器DMAC之间的接口电路SDMA，该SDMA用于实现DMAC和SD控制器之间的通信和数据传输，进一步包括SD控制器状态检测模块、SD控制器读写时序产生模块、DMA状态检测模块、DMA读写时序产生模块和协议分析执行模块，其中：

所述SD控制器状态检测模块，用于检测SD控制器发过来的读、写使能信号和数据块读、写状态信号，把信号同步之后发给协议分析执行模块；

所述SD控制器读写时序产生模块，用于接收协议分析执行模块的指令，判断是读还是写操作，产生时序信号实现和SD控制器之间的数据传输；

所述DMA状态检测模块，用于检测DMA发过来的请求信号、状态信号、读使能信号和写使能信号，把信号同步之后发给协议分析执行模块；

所述DMA读写时序产生模块，接收协议分析执行模块的指令，判断是读还是写操作，产生时序信号实现和DMAC之间的数据传输；

所述协议分析执行模块，用于根据SD控制器状态检测模块、DMA状态检测模块发过来的信号，决定需要进行的操作，控制SD控制器读写时序产生模块和DMA读写时序产生模块产生相应的时序信号。

10.如权利要求9所述的SD卡读写接口电路，其特征在于，该电路可以用现场可编程门阵列或者专用集成电路实现。