ARM嵌入式系统课程设计——MMCSD卡驱动程序设计

1、ARM嵌入式系统课程设计-MMC/SD卡驱动程序设计班级：通信学号：姓名：指导老师：曹清华 江苏大学目录第一章 引言11.1 课程设计目的11.2 课程设计要求1第二章 课程设计平台构建与流程12.1 嵌入式系统开发平台构建12.2 课程设计硬件结构与工作原理1第三章 BOOTLOADER移植与下载43.1 Bootloader解压43.2 Bootloader编译43.3 Bootloader下载4第四章 LINUX内核移植与下载54.1 Linux内核总流程54.2 Linux源代码安装64.3 Linux源代码安装分析64.4 Linux内核配置、编译、烧写6第五章 根文件系统建立与文件

2、系统下载115.1Linux文件系统的类型115.2文件系统的制作125.3文件系统的下载125.4功能模块运行和调制14第六章 思考题15第七章 课设中遇到的问题及解决方法17第八章 总结与体会18第一章 引言1.1 课程设计目的1) 了解PXA27X微处理器GPIO的功能2) 了解MMC卡驱动程序的架构及编程方法3) 掌握MMC卡的使用方法1.2 课程设计要求1) 理解基于Linux的嵌入式系统交叉开发环境，对嵌入式系统的开发流程有详细的了解；2) 掌握开发工具链的构建方法，能独立进行系统开发操作；3) 掌握Linux的常用命令，在linux系统下能熟练的使用这些常用命令；4) 熟悉lin

3、ux内核的知识以及原理，掌握定制Linux内核的方法；5) 基于Linux操作系统，以及XSBase270ARM实验开发平台一套，把MMC存储卡挂载目标板上并进行文件的复制操作。第二章 课程设计平台构建与流程2.1 嵌入式系统开发平台构建1) 装有Linux操作系统的PC机一台；2) XSBase270 ARM实验开发平台一套3) MMC存储卡一块2.2 课程设计硬件结构与工作原理2.2.1 目标板的MMC卡硬件接口目标板的MMC/SD卡的硬件接口如图1.1所示，根据PXA27x的MMC/SD/SDIO控制器的信号功能以及PXA27x的GPIO的功能分配，命令控制线MMCMD与GPIO112相

4、连，此时引脚GPIO112必须配置成转换功能1（Alternate Function 1）的输入或输出方式（具体参考PXA27X开发手册），时钟端MMCLK利用了通用IO口GPIO32转换功能1输出方式，4位总线MMDAT0到MMDAT3分别与GPIO111、GPIO110、GPIO109和GPIO92相连，都时使用了通用IO口的转换功能1的输入或输出方式。图1.2为MMC/SD卡的供电电路图。图1.1 目标板的MMC/SD卡的硬件接口图1.2 MMC/SD卡的供电电路图2.2.2 PXA270的MMC/SD/SDIO控制器PXA270的MMC/SD/SDIO控制器在访问PXA270处理器的软

5、件与MMC存储堆和支持MMC、SD及SDIO通信协议之间充当联结作用。PXA27x的MMC控制器协议规范遵守多媒体卡系统规范V3.2（MultiMediaCard System Specification Version 3.2)；SD控制器支持一个基于SD存储卡规范V1.01（SD Memory Card Specification Version 1.01）SD卡或基于SDIO卡规范V1.0( SDIO Card pecification Version 1.0)。MMC/SD/SDIO控制器采用标准的MMC传输协议或串行通信接口SPI协议模式。访问PXA270的软件使用MMC传输协议或S

6、PI模式作为与MMC控制器通信的协议。目标板的SD驱动程序采用了MMC通信传输协议。1）MMC/SD/SDIO控制器特性：. 在MMC、1位SD/SDIO和SPI模式中，数据传输速率高达19.5Mbps；. 对于4位SD/SDIO的数据传输速率高达78Mbps；. 具有两个接受和发送FIFO数据缓冲区；. 具有MMC/SD/SDIO和SPI两种操作模式；MMC/SD/SDIO模式支持MMC、SD和SDIO的通信协议，SPI模式支持SPI通信协议；. 在SD和SDIO通信协议中，支持1位和4位数据传输；. 控制器可根据FIFO数据缓冲区的状态关闭和启动时钟信号，防止数据溢出；. 支持所有有效的M

7、MC和SD/SDIO数据传输协议；. 基于中断的应用接口控制软件交互操作；. 在数据流的写操作中，允许10字节大小的数据或更大的数据流；. 使用MMC通信协议，支持多个MMC卡；. 使用SD或SDIO通信协议，只支持一个SD卡或SDIO卡；. 使用SPI通信协议；可支持两个MMC卡或SD/SDIO卡，也可支持两者的混合使用；2）MMC/SD/SDIO控制器的信号功能与对应引脚：信号MMC和SD/SDIOSPI模式功能对应引脚MMCLK输出输出MMC和SD/SDIO总线时钟GPIO32MMCDM双向输出MMC和SD/SDIO：命令和响应标志双向IO口SPI模式：命令和写数据输出口GPIO112M

8、MDAT<0>双向输入MMC和SD/SDIO：读写数据双向IO口SPI模式：读数据和响应标志输入线GPIO111MMDAT<1>双向输入MMC和SD/SDIO：SD/SDIO的4位数据传输线和信号SDIO到控制器的中断信号SPI模式：信号SDIO到控制器的中断信号GPIO110MMDAT<2>/MDCCS<0>双向输出SD/SDIO：4位数据传输线SPI模式：CS0片选信号GPIO109MMDAT<3>/MDCCS<1>双向输出SD/SDIO：4位数据传输线SPI模式：CS1片选信号GPIO922.2.3 MMC卡的通信协

9、议主机与MMC卡的所有通信都是由主机发起，主机发出广播和点对点两种类型通信命令，在广播通信命令中，主机发出的命令被所有的卡接受，只有部分命令需要响应；而在点对点通信命令中，命令被发送到具体地址的卡中，并由该卡对所接受的命令做出响应。第三章 Bootloader移植与下载3.1 Bootloader解压先将D:emdorEELiod_V4_SDK目录下的Linux-2.4复制到虚拟机里root的主文件夹中，然后用如下指令进行解压：利用上述命令解压后，bootloader源代码解压到当前目录中Boot-XSBase270文件夹中。3.2 Bootloader编译在解压的目录里进行make 编译。r

10、ootubuntu:Bootloader # cd Boot-XSBase270rootubuntu: Boot-XSBase270 # make cleanrootubuntu: Boot-XSBase270 # make编译完成后, 在当前目录下会生成bootloader 映象文件boot，将此boot拷贝到share共享文件夹下。3.3 Bootloader下载打开实验台电源，启动H-JTAG 和H-Flasher，在H-Flasher 中装载配置文件pxa270.hfc(Load菜单，选中C:driversH-JTAG中pxa270.hfc文件),点击Programming中的Chec

11、k，Scr File 选择E:share中的boot（或者是D:emdorEELiod_V4_SDK Linux-2.4images中的boot 文件），点击Program，烧写成功后点击 Verify 校验。第四章 Linux内核移植与下载4.1 Linux内核总流程4.2 Linux源代码安装参照以前做过的实验五、七BootLoader实验。内核解压：4.3 Linux源代码安装分析Linux提供三个不同的命令进行Linux的配置，效果完全一样：make config 控制台命令行方式配置命令make menuconfig 文本菜单方式配置命令make xconfig X窗口图形界面方式配

12、置命令其他部分命令：Make mrproper 命令清除所有的旧的配置和旧的编译目标文件等。Make dep 命令搜索Linux编译输出与源代码之间的依赖关系、并生成依赖文件。Make clean 清除以前构造内核时生成的所有目标文件、模块文件和临时文件。Make zImage 编译Linux内核，生成压缩的内核映像文件4.4 Linux内核配置、编译、烧写4.4.1 Linux内核配置进入内核源代码目录，执行make mrproper：删除所有以前在构核过程所产生的所有文件，执行make menuconfig，对内核进行配置。Linux针对MMC/SD内核配置的步骤：1）在主菜单下选择Loa

13、dable module support ->* Enable Loadable moduLe Support利用模块可将不常用的设备驱动或功能作为模块放在内核外部，必要时动态地调用。操作结束后从内存中删除，这样可以有效地使用内存，同时也可减小了内核的大小。模块可以自行编译并具有独立的功能，即使需要改变模块的功能，也不用对整个内核进行修改。文件系统，设备驱动，二进制格式等很多功能都支持模块。一定要选择*。 Set version information on all Symbols for modules利用这个功能能够让内核使用其它内核版本模块或没有包含在此 kernel 的特殊的模块

14、。一般选择N。* Kernel module Loader这个设置使kernel 对模块处于常备状态。在不使用Insmod 或rmmod 命令情况下，kernel 程序自动将需要执行的模块调用到内存中，一定时间内不使用该模块时自动将其从内存删除，一般要选择*。2）再回到主菜单下选择General setup >选择“Support for hot-pluggable devices” , 出现“MMC/SD device drivers”：点击“MMC/SD device drivers”，进入下一页选择：4.4.2 Linux内核编译配置完成后，重新编译内核，需要输入以下指令：生成的z

15、Image存放路径为：将zImage拷贝到tftpboot文件夹下：4.4.3 Linux内核烧写重新打开一个终端，输入命令：rootubuntu:# minicom，然后重启开发板电源。看到 Boot 启动信息后按任意键启动Boot 的 Operation Menu，我们需要用这个boot 内嵌工具下载内核。然后再提示信息 Please enter your selection 后面输入2，获取本地IP 地址：可以看到Operation Menu 菜单上方显示：，则表示板载Linux 与Ubuntu 服务器连接成功。如果看不到 My ip，则需要去修改/etc 中bootptab 文件最后一

16、行，将其修改为与本机的my mac address 相同，本例图中显示的是 my mac address is 00:08:0C:81:1D: 90。重新打开一个终端，进入/etc 目录，输入:#gedit bootptab输入 3，下载内核文件 ZImage(在Ubuntu 的文件系统的/tftpboot/目录中)下载成功后选择4，烧写内核。第五章 根文件系统建立与文件系统下载5.1Linux文件系统的类型5.1.1 EXT文件系统Ext2fs是Linux的标准文件系统，它已经取代了扩展文件系统（或 Extfs）。扩展文件系统Extfs支持的文件大小最大为2 GB，支持的最大文件名称大小为2

17、55个字符，而且它不支持索引节点（包括数据修改时间标记）。5.1.2 NFS文件系统NFS是一个RPC service ，它是由SUN公司开发，并于1984年推出。NFS文件系统能够使文件实现共享，它的设计是为了在不同的系统之间使用，所以NFS文件系统的通信协议设计与作业系统无关。当使用者想使用远端文件时只要用“mount”命令就可以把远端文件系统挂载在自己的文件系统上，使远端的文件在使用上和本地机器的文件没有区别。NFS的具体配置可参考实验一的网络文件系统nfs的配置。5.1.3 JFFS2文件系统JFFS文件系统是瑞典Axis通信公司开发的一种基于Flash的日志文件系统，它在设计时充分考

18、虑了Flash的读写特性和电池供电的嵌入式系统的特点，在这类系统中必需确保在读取文件时，如果系统突然掉电，其文件的可靠性不受到影响。 对Red Hat的Davie Woodhouse进行改进后,形成了JFFS2。主要改善了存取策略以提高FLASH的抗疲劳性，同时也优化了碎片整理性能,增加了数据压缩功能。需要注意的是,当文件系统已满或接近满时,JFFS2会大大放慢运行速度。这是因为垃圾收集的问题。相对于EXT2fs而言,JFFS2在嵌入式设备中更受欢迎。5.2文件系统的制作文件系统解压将 D:emdorEELiod_V4_SDKLinux-2.4Filesystem 中的内容复制E:share

19、中，再Ubuntu 中从共享目录中复制到/tmp/中，形成Filesystem文件夹，然后将文件系统压缩包解压，形成rootfs270文件系统文件夹。可以建立一个小的应用程序，将其复制到文件系统的某个目录中。5.2.2制作JFFS2文件映像确认已将将光盘的 Filesystem 下的mkfs.jffs2 和mkrootfs.sh 拷贝到文件系统根目录下，在根目录下（例如上面的Filesystem），运行命令(先将Filesystem文件夹复制到根目录下)生成映像文件rootfs270.img，拷贝到/tftpboot中烧写到flash中，启动后运行结果。或者运行# ./mkrootfs.sh

20、也可生成文件系统的映像文件rootfs.img。5.3文件系统的下载参照嵌入式系统实验五，重新打开一个终端，输入命令：rootubuntu:# minicom然后重启开发板电源。看到 Boot 启动信息后按任意键启动Boot 的 Operation Menu，我们需要用这个boot 内嵌工具下载内核。然后再提示信息 Please enter your selection 后面输入2，获取本地IP 地址：可以看到Operation Menu 菜单上方显示：，则表示板载Linux 与Ubuntu 服务器连接成功。如果看不到 My ip，则需要去修改/etc 中bootptab 文件最后一行，将其修

21、改为与本机的my mac address 相同，本例图中显示的是 my mac address is 00:08:0C:81:1D: 90。重新打开一个终端，进入/etc 目录，输入:#gedit bootptab输入5，下载文件系统rootfs.img(在Ubuntu的文件系统/tftpboot目录中)下载成功后选择6，烧写文件系统内核和系统文件烧写结束，选择7启动Linux系统，使用root用户登录，进入载板linux系统，启动后位于/root文件夹中5.4功能模块运行和调制可以按照以下步骤对MMC卡的驱动程序进行测试：重新打开一个终端，输入minicom，开发板启动后，将MMC存储卡插入

22、MMC/SD卡插槽中，输入下面的指令：如果有显示的内容，表示sd卡已经检测到。如果没有内容，说明sd卡没有检测到。首先在根目录下创建一个名为“sd”的文件夹：（请大家以自己的名字首写字母命名此文件夹）：然后进入dev文件夹，红框标注的为需要用的文件：再利用mount命令挂载MMC卡：进入到sd文件夹下，用ls查看，就可以看到MMC卡里面的内容了：可以对MMC卡里的内容进行读、写、复制等操作：第六章 思考题1. 嵌入式系统开发的软件有哪些？ 答：VMware Player、H-JTAG。 VMware Player用于启动Ubuntu虚拟机环境。H-JTAG用于搜索目标板。2. 嵌入式系统开发硬件设备有哪些？ 答：装有Linux操作系统的PC机一台、 XSBase270 ARM实验开发平台一套、MMC/SD存储卡一块3. 软件的界面表示进入哪一个环境？ 答：(1)虚拟机环境下：(2)Linux内核配置环境下： (3)boot内嵌工具的环境下：(4)51Board板的环境下：第7章 课设中遇到的问题及解决方法1、 问题： Linux内核烧写时，重新打开一个终端，输入命令：rootubuntu:# minicom，然 后重启开发板电源，结果启动失败。 解决：先重新进行Bootloader下载，再烧写内核。2、 问题：Linux内