226376

SD Card Page 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ESRC Lab 618 Đề tài: Đọc dữ liệu từ SD Card và hiển thị lên LCD sử dụng Kit DE2 của ALTERA Nhóm sinh viên thực hiện: Group 3- K52 Vũ Hữu Tiệp Lê Thái Hưng Nguyễn Duy Linh Lê Anh Văn Hà Nội, 1 - 2011 SD Card Page 2 SD Card Group 3 – K52 Contents 1. Giới thiệu . 4 1.1. Giới thiệu thành viên 4 1.2. Tổng quan hệ thống 5 1.3. Phần việc cụ thể 5 1.4. Kết quả đạt được 5 2. Giới thiệu công nghệ sử dụng . 5 2.1. Phần cứng . 5 2.1.1. SD Card . 5 2.1.2. Kit DE2 . 5 2.2. Phầm mềm 6 2.2.1. Quatus II 6 2.2.2. Nios II 6 3. Sơ đồ khối của hệ thống . 9 3.1. SD Card 9 3.2. Khối xử lý Nios II . 10 3.3. Khối hiển thị . 10 4. SD Card 10 4.1.1. Sơ đồ chân và các chế độ của SD Card . 10 4.1.2. Định dạng lưu trữ trong SD Card . 16 4.2. Các thanh ghi trong SD Card 22 4.2.1. OCR (operation conditions register) . 23 4.2.2. CID 23 4.3. Cách gửi lệnh và nhận phản hồi 24 4.3.1. CRC . 24 SD Card Page 3 4.3.2. Command 25 4.3.3. Response 27 4.4. Phương pháp truyền nhận dữ liệu . 30 4.4.1. Card Initialization and Card Initializatio 30 4.4.2. Data transfer Mode 31 4.4.3. Read Data 32 4.5. Đọc ghi một file dữ liệu vào trong SD card . 33 4.5.1. Đọc một file . 33 4.5.2. Ghi một file 33 5. LCD 16x2 . 34 6. Kết luận 34 7. Tài liệu tham khảo 35 8. Phụ lục A: Các hàm sử dụng trong hệ thống: . 36 SD Card Page 4 1. Giới thiệu 1.1. Giới thiệu thành viên Thông tin cá nhân của các thành viên Nhóm 1 Vũ Hữu Tiệp (Nhóm trưởng) Mobile: 0975 936 743 Mail: vuhuutiep@gmail.com Công việc chính : ngắt nút bấm và hiển thị LCD, cấu trúc bảng FAT. Nguyễn Duy Linh Mobile: 0979 468 289 Mail: linhnd89@gmail.com Công việc chính: Tìm hiểu cấu trúc bảng FAT. Lê Thái Hưng Mobile: 0972 186 249 Mail: hung.kstn.k52@gmail.com Công việc chính: Viết các thủ tục đọc dữ liệu trong SD Card. Lê Anh Văn Mobile: 0936 845 488 Mail: vanla3190@gmail.com Công việc chính: Tìm hiểu các chế độ, thanh ghi, thủ tục đọc thẻ SD. SD Card Page 5 1.2. Tổng quan hệ thống Đề tài lớn: Đọc dữ liệu từ SD card ( file ảnh, âm thanh) dung Kit DE2 và hiển thị lên màn hình VGA. Công việc của nhóm: Giao tiếp giữa Kit DE2 va SD card. Đọc file text trong SD card và hiển thị lên màn hình LCD. 1.3. Phần việc cụ thể - Tìm hiểu về cấu trúc SD card, cấu trúc bảng FAT, các thanh ghi, cách nhận và gửi lệnh, phương pháp truyền nhận dữ liệu. - Xây dựng hệ thống NIOS II điều khiển, thực hiện lệnh giao tiếp với SD card. - Giao tiếp và hiển thị lên màn hình LCD. 1.4. Kết quả đạt được Giao tiếp với SD card dung SD Mode, đọc file txt và hiển thị lên màn hình LCD. Dùng phím bấm để tìm file và chọn file cần hiển thị. 2. Giới thiệu công nghệ sử dụng 2.1. Phần cứng 2.1.1. SD Card SD card là thiết bị lưu trữ rất phổ biến hiện nay được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như ảnh, film, dữ liệu…trên nhiều thiết bị khác nhau ( máy ảnh số, máy quay phim, máy nghe nhạc, điện thoại…). Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng 1 SD Card có dung lượng 2G, định dạng FAT16. 2.1.2. Kit DE2 DE2 ( Development and Education ) la một công cụ cho việc thiết kế nâng cao các thiết bị đa phương tiện, lưu trữ và mạng. DE2 sử dụng công nghệ state-of- the-art trong cả phần cứng và các công cụ thiết kế nhờ máy tính giúp mở rộng phạm vi ứng dụng. DE2 có nhiều tính năng phù hợp với cả việc sử dụng trong các phòng lab và các hệ thống số tinh vi. Altera cung cấp các công cụ hỗ SD Card Page 6 trợ phù hợp cho DE2, gồm có các hướng dẫn, các bài lab trên DE2, và các bài minh họa… 2.2. Phầm mềm 2.2.1. Quatus II Trong đề tài, chúng tôi sử dụng SOPC Builder của Quatus II để tạo ra 1 vi xử lý mềm. 2.2.2. Nios II Để hiểu Nios II là chương trình dùng để làm gì, chúng ta hãy làm một phép so sánh. Chẳng hạn, với vi điều khiển PIC, IC(phần cứng) được so sánh với công việc mà SOPC Builder tạo ra còn PICC(chương trình lập trình cho PIC) sẽ được so sánh với Nios II. Vậy, Nios II chính là chương trình lập trình cho vi xử lý mềm mà SOPC tạo ra. Hình 2.1. Tổng quan về SOPC và Nios II Khi học một vi điều khiển mới, chúng ta sẽ quan tâm đến một số vấn đề: - Điều khiển vào ra - Trễ - Ngắt Bây giờ chúng ta sẽ đi vào từng vấn đề. 2.2.2.1. Điều khiển vào ra trong Nios II Trong mục này, chúng ta sẽ quan tâm đến việc đọc và ghi dữ liệu vào các thanh ghi như thế nào. SD Card Page 7 - Để tìm địa chỉ của các thanh ghi, chúng ta tìm các định nghĩa của chúng trong file system.h trong thư mục /projectname_syslib[system_0]/Debug/system_desciption Ví dụ #define BUTTON_PIO_BASE 0x00681090 //Định nghĩa địa chỉ cho các nút bấm #define LED_GREEN_BASE 0x00681080 //Định nghĩa địa chỉ cho các LED GREEN #define LED_RED_BASE 0x00681070 - Tiếp theo, chúng ta quan tâm đến 2 macro đọc / ghi dữ liệu từ / vào các thanh ghi. Bảng 2.1. Macro đọc ghi dữ liệu trong Nios II Macro Cách sử dụng IORD(BASE, REGNUM) Đọc giá trị của thanh ghi tại Offset REGNUM trong 1 device có địa chỉ cơ sở là BASE. IOWR(BASE, REGNUM, DATA) Ghi giá trị DATA vào thanh ghi tại địa chỉ offset REGNUM trong 1 device có địa chỉ BASE. BUTTON, SWITCH, LEDR, LEDG có REGNUM = 0 và được định nghĩa lại trong thư viện altera_avalon_pio_regs.h cho dễ sử dụng: #define IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(base) IORD(base, 0) #define IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(base, data) IOWR(base, 0, data) 2.2.2.2. Hàm trễ Trong Nios II có 2 hàm trễ được xây dựng sẵn là msleep và usleep SD Card Page 8 2.2.2.3. Xử lý ngắt trong Nios II Ngắt trong Nios II khá giống với ngắt trong PIC. Với phạm vi của đề tài, chúng tôi chỉ thực hiện ngắt nút bấm. Xét đoạn code sau: #include "altera_avalon_pio_regs.h" #include "system.h" #include <stdio.h> volatile int button = 0; void buttons_isr( void* context, alt_u32 id) { volatile int *value = (volatile int*) context; *value = IORD_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP( BUTTON_PIO_BASE ); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP( BUTTON_PIO_BASE, 0 ); } void buttons_interrupt_enable() { IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_EDGE_CAP( BUTTON_PIO_BASE, 0 ); //kiem tra //status xem ngat nao xay ra va ghi 0x0 de tai thiet lap ngat alt_irq_register( BUTTON_PIO_IRQ, (void *) &button, buttons_isr ); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK( BUTTON_PIO_BASE, 0x3 ); //Cho //phep ngat 2 phim cuoi } Đoạn code trên thực hiện công việc ngắt nút bấm, khi bấm 1 trong 4 nút KEY0-KEY3. - Hàm void buttons_isr( void* context, alt_u32 id) là chương trình con phục vụ ngắt. Khi có ngắt nút bấm xảy ra, nút được bấm sẽ tương ứng với giá trị trả về của value, cụ thể: Bảng 2.2. Giá trị tương ứng với các nút bấm khi khởi tạo ngắt Key is pressed Value KEY0 0x01 KEY1 0x02 KEY2 0x04 KEY3 0x08 - Hàm void buttons_interrupt_enable() là hàm khởi tạo ngắt. Ta quan tâm tới một hàm quan trọng: SD Card Page 9 alt_irq_register( BUTTON_PIO_IRQ, (void *) &button, buttons_isr ); Câu lệnh này thực hiện công việc: Khi có ngắt nút bấm, thực hiện công việc được mô tả trong chương trình con phục vụ ngắt void buttons_isr( void* context, alt_u32 id), giá trị trả về của hàm này được lưu trong biến toàn cục button. Để xác định nút bấm nào được enable ngắt, ta xét câu lệnh cuối cùng: IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_IRQ_MASK( BUTTON_PIO_BASE, DATA ); Theo thứ tự từ KEY3 đến KEY0, để enable ngắt, ta cho bit thứ 4, 3, 2, 1 của DATA bằng 1. 3. Sơ đồ khối của hệ thống Avalon bus NIOS II Core LCD Controler SRAM Controler SD card Controler SDRAM Controler SD Card LCD Key Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống 3.1. SD Card SD Card có dung lượng 2G, có chứa sẵn một vài file text. SD Card Page 10 3.2. Khối xử lý Nios II Thực hiện công việc điều khiển, giao tiếp với thẻ và LCD. 3.3. Khối hiển thị LCD 1602 là LCD có sẵn trong kit DE2 4. SD Card 4.1.1. Sơ đồ chân và các chế độ của SD Card 4.1.1.1. Sơ đồ chân Giao tiếp trong SD Card dựa trên giao tiếp bằng 9 chân ( Clock, Command, 4 chân Data, 3 chân nguồn) có tần số làm việc lớn nhất là 50MHz sử dụng điện áp thấp. Khối điều khiển giao tiếp SD Card cũng hỗ trợ giao tiếp với thẻ Multimedia ( thực chất khác biệt giữa SD Card và Multimedia Card là quá trình khởi tạo) Hình 4.1. Sơ đồ chân thẻ SD