原创 SPI模式下MMC卡的读写机制

引言

多媒体卡MMC的特点是闪存功耗低，密度高，体积小，可靠性高，可擦除，可重写，容量大;内部控制电路，可以使用在手机、数码相机、MP3、PDA等多种数字设备上，可反复记录30万次，现在市场上的主流容量有128MB-2GB。

SPI最早是由摩托罗拉公司提出的一种串行总线接口，支持MCU与外设的双工、同步串行通信。由于其简单的接口设计，只用4根线即可完成所有的通信工作，因此被大部分的MCU芯片所支持。利用被广泛支持的SPI总线来进行MMC卡的读写，可解决没有MMC控制器的问题。

1 MMC卡

1.1 MMC卡的简介

MMC卡的面积为24mm×32mm，厚度为1.4mm，MMC卡的工作电压为2.7-3.6V，时钟频率范围为0-20MHz，为了支持广泛的应用，MMC卡接口简单(为7引脚)，具有最大的可扩展性和可配置性。其中3脚为电源供应，数据操作通过4脚的串行总线完成。作为SPI设备，MMC卡的SPI通道由以下4个信号组成：CS的反(片选)，CLK(时钟)，DateIn(主机到卡的数据信号)和DateOut(卡到主机的数据信号)。CS的反是MMC卡的片选信号线，在整个SPI操作过程中，必须保持低电平有效;CLK便于同步，DateIn不但传输数据，还发送命令;DateOut除了发送数据外，还传送应答信号。

1.2 MMC卡的SPI协议

MMC存储卡有MMC和SPI两种工作模式。MMC卡上电后即进入MMC模式;当片选(CS)线被拉低时发送Reset(CMD0)指令会使MMC卡进入SPI模式，如果需要从SPI模式转入MMC模式，只能切断电源重新上电。

SPI协议是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主设备和一个(或多个)从设备，SPI接口是一种通用同步串行接口总线，字长为8位，用来与外部设备进行通信。该接口在工作时，主设备通过提供移位时钟和从使能信号来控制信息的流动，主设备的每次开始传送任务时，都先将片选(CS的反)线置低以激活MMC卡，使其进入工作状态。

MMC卡的SPI协议的特点主要有：被选中的卡总是对来自于设备的指令有所响应的，当卡遇到错误时，会返回一个出错响应来代替期望的数据，指令的响应是一个8位或16位的结构，只支持单块读写操作，块的大小可以大到一个扇区(512字节)，小到1个字节。

2 硬件电路设计

MMC卡既可以采用MMC总线访问，也可以采用SPI总线访问，大部分微处理器都有SPI接口而没有MMC总线接口，如果采用I/O口模拟MMC总线，不但增加了软件的开销，而且对大多数微处理器来说，模拟MMC总线远不如真正的MMC总线速度快，这将大大降低总线数据传输的速度。

基于以上考虑，可以采用LPC2200微处理器的SPI接口，设计访问MMC的硬件接口电路，LPC2200是系统的核心控制器，它的主要作用是将数据发送至MMC卡内存储。MMC卡的数据写入是以块为单位的，一块为512字节，所以当RAM中存放了512字节数据时，LPC2200便将其一次性写入MMC卡中。

LPC2200微处理器与MMC卡卡座接口电路如图1所示，连接引脚如表1所示。

3 SPI模式下MMC卡的读写实现

3.1 MMC卡初始化

在对MMC卡读写之前要进行初始化操作，这是确保MMC卡能在SPI模式下进行正常数据读写的前提，MMC卡上电后默认进入MMC模式，等待至少74个时钟周期后，片选信号置低，发送CMD0，CMD0的命令索引位是000000，即发送命令字0x40、0x0、0x0、0x0、0x0、0x95。如果收到应答信号01H，则表示出错。然后向MMC卡发送CMD1，CMD1命令索引位是000001。因此进入闲置状态后CRC校验默认关闭，故CRC校验位可取任意值。受到正确的应答信号00H之后，MMC卡即进入SPI模式;如果收到应答信号不是00H，则重发CMD1直到收到正确的应答。初始化过程如图2所示。

3.2 MMC卡块读写

初始化完成后，可使用默认的读写长度(512字节)进行MMC卡的读写;也可用CMD16来设置MMC卡的块读取长度，可以是1-512字节之间的任意值。但是对MMC卡的写过程则要求块长度必须为512字节。MMC卡读写数据时使用的是绝对地址，即从0开始编号的32位地址，这里使用块号来进行读写，块号是从0开始编号的，且每块的大小为一扇区(即512字节)，故开始都必须将扇区号转换成绝对地址。

(1)读取数据块

向MMC卡发送CMD17，收到有效应答信号0x00后，开始接收数据，数据由数据起始令牌和数据块组成，其中起始令牌值为0xFE。当收起起始令牌后，随后接收数据块，读操作如图3所示。

(1)写入数据块

向MMC卡发送CMD24，收到有效应答信号0x00后，开始发送数据。数据同样由数据起始令牌(0xFE)和数据块组成。写操作如图4所示。

4 小结

SPI总线接口简单易用、兼容性好，使用SPI接口实现对MMC卡的读写操作是非常简单有效的。用SPI接口可以实现每秒约1MB的读写速度，而用MMC接口则可以达到每秒约3MB的读写速度。虽然读写速度降低了一些，但是已经可以基本满足读写速度的要求。