基于ARM9和μC／OS-II的SD卡文件系统设计与实现 软件设计, 实际应用, 文件管理, 处理器, 嵌入式

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摘要：主要针对货车动态称重系统中大量实时载重数据存取的需求而做的设计。该设计基于ARM9和μC/OS-II相结合的软硬件平台，实现了一种SD卡文件系统。SD卡的接口电路采用SD总线模式连接，软件设计基于嵌入式操作系μC/OS-II,文件系统的实现参照FAT32规范。实际应用表明，该设计能够满足大量数据的存取效率以及文件管理的技术指标。

　　随着嵌入式式技术的不断发展，ARM处理器凭借其高性能、廉价、耗能低的优质特性而得到广泛应用。文中主要针对货车动态称重系统中大量实时载重数据存取的需求，在ARM9嵌入式处理器和μC/OS-II操作系统基础上，设计实现了一种SD卡文件系统。该系统具有实时性强、存取速率高、易维护，易移植等特点。

　　1 硬件接口电路设计

　　本系统硬件开发平台处理器为S3C2440A,是三星公司推出的16/32位RISC微处理器，ARM920T内核，主频400 MHz,最高可达533 MHz,内部具有丰富的系统外围控制器和多种通信接口。SD卡支持SPI和SD两种通信模式，S3C2440A具有SD卡接口，支持SD总线模式，所以不再像低端的ARM处理器那样采用SPI模式，而是采用SD总线模式，这样可以大大提高SD卡的读写速度。S3C2440A与SD卡读写器的接口电路如图1所示。

图1 SD卡接口电路

　　SD卡的DAT0~DAT3、CLK（时钟线）和CMD（命令线）分别连接到S3C2440A的SDDATA0~SDDATA3、SDCLK和SDCMD引脚。SD卡支持单线和宽总线的数据传输，宽总线数据一次传4位，数度更快，因此，此设计采用宽总线方式。

　　2 SD卡文件系统的设计与实现

　　μC/OS-II是一种可移植的，可植入ROM的，可裁剪的，抢占式的，实时多任务小型的嵌入式操作系统，它采用可剥离式内核实施任务调度，实时性很强，而且每个任务具有唯一的优先级，能够保证就续表中任务优先级最高的任务优先执行。μC/OS-II大部分代码是用移植性很高的C语言编写的，只极少部分与处理器密切相关的部分代码用汇编语言编写，因此只需要做很少的工作就可以很方便地将它移植到各种不同构架的微处理器上。

　　为了增强软件的可移植性，易维护性，程序设计时采用层次化，模块化设计。模块化结构如图2所示，除了用来进行管理的操作系统外，共分为4个模块，包括SD卡底层驱动，文件系统，API接口，用户应用程序。底层驱动完成SD卡初始化，以及实质上的读写功能；文件系统采用PC机普遍支持的FAT32文件系统规范来设计，完成文件的创建，读写，删除功能；API接口封装文件系统提供的函数，供上层应用使用；用户应用程序通过调用文件系统提供的API函数，完成相应的功能。各个模块的具体实现下面会做以说明。

图2 SD卡文件系统模块化结构