一、SDIO+DMA方案

1.1、目标与初衷

最初的设计追求最大化传输速度的SD卡控制器，保证能够在读取SD卡上的高码率视频数据实现流畅的传输。

1. 阻塞的SDIO的读写速度远远慢于AHB总线的传输速度，不能发挥AHB的传输优势
2. 在FreeRTOS上进行长时间的阻塞的数据等待并不合适，对于低速的IO操作可以配合中断的方式，实现异步的IO任务调度：SD卡控制器使用DMA+中断，在传输完成时使用使用中断通知FreeRTOS的任务，能够有效提升CPU效率和系统实时性。
3. SDIO速度快于SPI传输，带宽更大，需要自接额外的SDIO模块。

由于AHB3-Lite缺少Arbiter，一个AHB总线上不支持多个AHB Master（主机）和AHB Matrix矩阵的方式，只能通过一个双口RAM来实现DMA的方式传输数据。好在pango的DDR提供了一个额外的AHB接口用于操作内存，所以这种方式是可行的。

• 初始化

将CMD命令、CMD参数写入到SD-Card Controller寄存器，在操作完成后会产生一个中断信号给CPU，可以在结果寄存器中读取SD对CMD命令相应的结果。使用初始化的命令序列，就可以初始化SD卡，并获取SD卡的相关信息。

• 读取数据

只需要将要读取的SD卡块的CMD命令、块地址、数据目标地址写入到SD-Card Controller寄存器中，控制器便开始读取SD卡数据，并将数据自动写入内存之中。读取数据完成后，向CPU产生一个中断信号。

• 写入数据

只需要将要写入的SD卡块的CMD命令、块地址、数据目标地址写入到SD-Card Controller寄存器中，控制器便开始读取内存数据，并将数据自动写入SD卡之中。读取数据完成后，向CPU产生一个中断信号。

1.2、过程与成果

使用Testbench方式通过了测试，能够从SD卡模块中读取数据，并将数据写入到RAM中，实现SD卡数据的读取，也可以将RAM中的数据写入到SD卡的指定块中。在Modelsim、iVerilog验证测试中达到了设计目标，上机设计中的由于pango综合时间过长，需要30分钟以上，就优先使用Xilinx和Altera平台进行了验证。

1.2.1、平台测试

1. ZYNQ 7020

   使用Vivado创建ip封装，框图连结AXI4 to AHB3-Lite Bridge，AHB3-Lite to AXI4 Bridge，AXI4 Interconnect，将ARM核心连接到SD卡控制器Slave接口，SD卡控制器Master连接到HP接口访问DDR内存。编写初始化和读写测试代码，可以实现SD卡的读写操作，并在串口打印输出。

2. Cyclone IV EP4CE10

   使用Qsys创建NIOS II，编写Avalone to AHB Bridge，双口RAM，将NIOS II软核连接到SD卡控制器Slave接口和双口RAM，SD卡控制器Master连接到双口RAM。可以实现SD卡的数据读取和写入，并有串口打印。

3. Pango

   综合完成后，在实现阶段存在无法布通线路的情况。修改实现参数以后，存在一定概率CPU无法启动的情况，或者启动过程中死机。于是最终放弃该方案。

二、SPI+FIFO方案

2.1、目标和初衷

1. SDIO + DMA方案消耗资源过多，板上剩余资源不多，导致可以综合但无法实现。于是选择使用最简单的SPI方案，软件实现SD卡读写的逻辑，从而完成SD卡的读写功能。所有的读写操作会被存储在FIFO中，所有的读写操作完成时会产生一个中断信号。读取的数据会被存储在FIFO中，发送的数据从FIFO全部发送出去。
2. 使用FIFO缓冲和中断的方式，避免AHB总线长时间阻塞等待SPI的数据的读写过程。去除DMA模块，降低资源消耗。

2.2、过程与成果

使用Testbench方式通过了测试，能够从进行基本的SPI数据读写。由于缺少SPI接口的SD卡模型的，所以直接选择上机测试。

2.2.1、测试平台

1. ZYNQ7020

   同第一个方案，在ARM核对SPI控制器进行读写时，可以在对应的端口上使用示波器检测到SPI信号。

2. Cyclone IV EP4CE10

   同第一个方案，在NIOS II核对SPI控制器进行读写时，可以在对应的端口上使用示波器检测到SPI信号。

3. Pango

   SPI控制器在连接到Cortex m1核心上时发生了两种情况：

   1. 可以读取寄存器的值，与默认值相等。但是在写入操作时会直接导致系统司机。
   2. 在调整AHB读写的寄存器的相关Verilog代码和时序后，可以写入数据到寄存器并且不会死机，但是读取的寄存器值永远为0。最终没能解决SPI控制器的挂载问题。

参考

• 【重要通知】第五届集创赛西南分赛区决赛参赛通知
• 【参赛团队必读】第五届集创赛分赛区决赛参赛相关问题答疑

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