【摘 要】
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随着存储行业的快速普及和发展，SD卡的运用日益广泛。在畅销的U盘控制芯片之后，SD存储卡控制芯片领域在市场中占更大份额。与传统的U盘读卡器相比，本文设计实现的SD卡控制器具备
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随着存储行业的快速普及和发展，SD卡的运用日益广泛。在畅销的U盘控制芯片之后，SD存储卡控制芯片领域在市场中占更大份额。与传统的U盘读卡器相比，本文设计实现的SD卡控制器具备了传输速度更快，运用范围更广的优势。该SD卡控制器以SD3.0新标准为指导，除支持普通SD卡外，特别支持高速SDXC卡，使得SD卡控制器可以运用在高速领域。同时，本控制器经后端IC部门研发可以整合成SD卡控制芯片，运用于笔记本电脑中。
SD3.0标准与原来相比，增加了UHS-I模式和DMA模式，可以支持SDXC卡。通过设计使得SD卡在工作频率及性能上有较大提高。本文在介绍了国内外研究情况和SD卡规范后，从SD卡控制器总体结构入手，简要介绍了SD3.0新标准下各模块功能。根据改进内容，主要设计了时钟模块，Tuning模块和DMA模块三个模块，并作了功能仿真、逻辑综合，同时对整体进行FPGA验证。
在时钟模块中主要利用FPGA特有资源DCM，可动态提供25MHz～160MHz不同的工作频率。利用其优势，不仅为SD卡控制器提供了稳定的时钟同时还提供了灵活的频率配置。为了使SD卡工作在高频时能满足时序要求和正确采样到数据，通过在Tuning模块提出最佳采样时钟选择算法，合理设计状态机，对时钟相位进行调整，得到SD卡工作在高频时的最佳采样时钟。该模块通过功能仿真及FPGA逻辑综合，达到设计要求，也保证了数据传输的可靠性。DMA模块打破了SD卡与PC机进行通信的传统传送方式，不通过CPU的处理，直接在外设及内存中进行通信。在逻辑设计中，重点设计双口RAM及RAM控制部分，把读写过程细化，完成SD卡在DMA模式下的传输。最后对整体SD卡控制器进行FPGA验证。先从电源、配置、下载的角度介绍了开发板的设计，然后根据验证场景对其进行验证，特别对SDXC卡在高速模式下进行了读写速率及工作频率的测试，也与普通SD卡和U盘读卡器进行了性能对比，得出验证结果。
通过几个月的研究设计，最终设计实现了一种实用广泛，在高频下工作稳定的SD卡控制器。本控制器特别实现了SDXC卡在高频时的工作情况。将原来普通SD卡工作频率为25MHz或者50MHz，读写速度不超过25MB/S，15MB/S，提高到工作频率为160MHz，读写速度约为60MB/S，35MB/S。
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