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TransFlash存储卡在嵌入式系统调试中的应用介绍
87 TF卡 嵌入式系统 Android 自动挂载
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嵌入式系统调试一般使用串口、JTAG、USB或网卡来下载系统镜像到目标机中。使用串口下载镜像,协议简单,接口通用,但传输速率太慢。使用JTAG下载镜像,传输速率较高,但需要专用的JTAG调试器,价格较高,限制了调试环境。使用USB或网卡下载镜像速度快、接口通用,但一般做成产品后的嵌入式设备不需要留出通用的USB或以太网接口,从而增加了设计的复杂性和开发成本。在移动嵌入式产品开发过程中,如果使用TransFlash(TF)卡代替USB或以太网口,由于TF卡一般又都是移动嵌入式产品的必要构成部分,这样做一般可以减小嵌入式系统调试的复杂性和成本。本文提出使用TF卡更新镜像的方法,并在实际的嵌入式系统调试中成功应用。使用TF卡下载系统镜像,速度与通用性都很好,既省去了调试中对其他下载设备的设计需求,又解决了最终产品大容量存储器的设计问题。


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2020-8-28 06:06:07   评论 分享淘帖 邀请回答
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1 TransFIash卡与应用处理器的连接电路设计
本文调试的嵌入式系统,是一种视频数据采集与传输单元,以PXA310为中央处理器,采集到的视频数据由PXA310进行压缩编码处理,之后发送到网络中去,供用户查看。系统调试过程中,视频数据可以存储到TF卡中。
TF卡模块在系统中主要有两个方面的作用:
一是在嵌入式系统开发调试过程中用于将系统镜像到目标版;
二是作为最终嵌入式系统产品的大容量存储器。
SD卡有两个可选的通信协议:SD模式和SPI模式。SD模式是SD卡标准的读写方式,但要求主控制器带有SD卡控制器。PXA310本身没有TF卡控制器接口,选用SD模式通信就无形中增加了产品的硬件成本,选择SPI模式可以说是一种最佳的解决方案,相对于SD模式,SPI模式接口与协议简单、易于操作。这时TF卡在PXA3 10 MMC/SD/SDIO主控制器控制下工作。

2 Blob中TF卡的驱动设计以及FAT32文件系统移植
2.1 设计TF卡SPI模式驱动
TF卡操作遵循SD卡协议,TF卡的操作完全与SD卡相同。相对于SD模式,SPI模式接口与协议简单、易于操作。PXA310带有MMC/SD/SDIO主控制器,但由于Blob中没有提供SD卡与主控制器的具体驱动,实现完整驱动的难度较大,故本文采用GPIO口模拟的SPI模式读写TF卡,运行到Linux内核后再加载主控制器驱动运行SD模式的方式,性能与实现难度都可兼顾。


SPI模式TF卡总线采用主从问答式协议。主机发送命令Command,TF卡应答回复Response。SD卡命令有两种,CMDx和ACMDx。ACMD是应用指令集,属于扩展指令集,在发送任何的ACMD之前,必须先发送CMD55激活,才可以使用ACMD指令集。发送完一个ACMD,并且卡响应了此指令之后,CMD55的作用就消失了,所以要发送多个或多次发送一个ACMD,需要循环发送CMD55+ACMD。
2.2 SPI模式初始化TF卡流程
TF卡默认的通信模式是SD模式,本文要在SPI模式下设计TF卡驱动,需要从SD模式切换到SPI。为此,先将TF卡上电,延时74个时钟周期后发送复位命令CMD0,同时将SD卡的CS片选信号置低,若此时接收到应答信号为0x01,说明TF卡进入了SPI模式。
TF卡与MMC卡都可用SPI模式驱动,故在初始化时可考虑与MMC卡的兼容性。在发送CMD0成功接收到应答信号后,连续发送CMD55+ACMD41,若CMD55回复0x01而ACMD41回复0x00,则TF卡初始化成功。若没有完整的应答,则改发CMD1,若CMD1成功回复0x00,则MMC卡初始化成功。
在SPI模式下,TF卡的初始化时钟频率不能超过400 kHz。初始化成功后,就可以配置高速时钟下TF卡的读写操作了。图2为TF卡初始化流程图。


在Blob中完成TF卡初始化,还需要初始化PXA310的GPIO口,并根据对应TF卡的引脚配置其输入输出关系。
在Blob中,PXA3 10的PXA_SD_D2、PXA_SD_D3、PXA_SD_CMD、PXA_SD_CLK、PXA_SD_D0、PXA_SD_D1这几个I/O口并没设置为GPIO口,不能在软件上进行读写操作,要使用SPI模式,必须将这几个IO口设置为GPIO。通过在MFP寄存器中配置IO口的功能号,再配置相应参数即可实现。
2.3 通过SPI读写TF卡的程序设计
TF卡的读写以块为单位,初始化完成后,使用CMD16设置SD卡读写块长度(512 B),发送CMD17和CMD24读单块写单块,发送CMD18和CMD25读多块和写多块。实现TF驱动层中读写函数的逻辑流程如图3所示。

2.4 FAT32文件系统移植
在文中,FAT32文件系统移植主要包括系统初始化和文件管理程序修改(主要是文件读取)。FAT32的初始化就是找到各个部分的起始扇区位置。首先查找MBR的分区表,获取分区信息,然后找到每个分区的DBR,再根据DBR中的BPB得到分区的起始扇区、结束扇区、文件系统类型、FAT表个数、每簇占用扇区数等信息。最后根据下面的算法得到文件分配表FAT、文件目录表FDT和数据区DATA的起始扇区。FAT32读取文件流程如图4所示。


2.5 设计Blob命令下载系统镜像
Blob启动之后,首先初始化一些基本的硬件设备如串口等,然后检测系统内存映射,设置CPU运行频率等一些参数,接着就进入了命令行模式。
在Blob中提供tfdownload命令,主函数的形参就是接收到的命令内容和参数。若参数为“init”,则调用TF卡驱动的初始化,否则将此参数作为文件名传给FAT32文件系统打开并读取文件内容。最终实现“tfdownloadinit”调用TF卡驱动初始化TF卡。使用“tfdownload”+文
件名可以调用FAT32文件系统和TF卡的驱动下载该文件名的镜像到内存中。
2.6 MakeFile文件修改与交叉编译
(1)TF卡驱动与FAT32文件系统编译
按照Blob中驱动程序的结构,TF卡驱动与FAT32文件系统源文件保存在/src/blob/Platform/Common/Source目录下,而FAT32文件系统头文件在/src/blob/Platform/Common/include目录下,要在编译Blob的时候将添加的驱动一起编译,需要更改相应的Makefile。
在/src/blob/Platform/Source下有三个Makefile文件,分别是Makefile.am,Makefile和Makefile.in,修改Makefile.am即可,Makefile和Makefile.in会自动修改。主要增加Makefile的头文件寻找目录和编译文件。
(2)Blob命令编译
src/commands下的命令编译由同目录的Makefile确定,同样需要修改Makefile使添加的命令编译到Blob中去。另外,要使该命令在Blob中生效,还需要修改Blob的configure.in文件,在configure.in中添加:blob_commands=“$blob_commands,tfdownload”;。
(3)编译Blob
linux-2.6.25中集成了Blob,用linux-2.6.25的工具链编译好之后,在…/pxalinux/MHN-LINUX-PLATFORM/rel/target/bin中,boot_nontrust.bin就是生成的Blob镜像。
2.7 系统镜像下载的实现
先用tfdownload init命令初始化TF卡驱动,然后使用tfdownload下载系统镜像到内存中,再使用Nandwrite命令写入NandFlash中。
2020-8-28 14:38:14 评论

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3 Android下挂载TF卡实现数据存储
在Android系统中使用TF卡做储存器,必须先将TF卡挂载到Android上。要启用void,需要在Android启动配置文件init.rc中关闭mountd并开启void服务。通过对配置文件init.rc进行下面的修改完成此项功能。
service void/system/bin/void //vold服务开启
socket void stream 0660 root mount
……
#service mountd/system/bin/mountd//mountd服务关闭(被注释了)
#socket mountd stream 0660 root mount
void.conf文件是void程序挂载设备的配置文件,里面记载了挂载设备的设备路径、设备类型以及挂载的目标位置(挂载点)。需要在该文件中加入TF卡的挂载信息,然后,将void.conf加入到system/etc目录下,void程序就可以直接读取该配置文件了。
FAT32属于Windows分区,因为Windows分区里面的文件是没有权限这个概念的,所以在Linux系统中使用此分区时要手动指定默认权限。挂载TF卡之后Android的/sdcard目录不能直接通过chmod命令来修改对于system组的读写权限,在system下是无法直接访问TF卡的,需要在挂载的时候添加权限。在void中,真实挂载TF卡的操作如下:
rc=mount(deVpath,vol->mount_point,“vfat”,flags,“utf8,uid=1000,gid=1000,fmask=711,dmask=700,shortname=mix ed”);
其中uid代表属主,uid=1 000代表system用户,fmask和dmask分别对应文件和目录的权限8进制码的反码。
4 设计结果展示
本文调试的数据采集与传输单元实物如图5所示,TF卡位于PCB板右上角。使用该单元录制视频并保存在TF卡中,设定录制时间为30 s,30 s后关闭,取出TF卡,将TF卡与PC连接,录像文件效果如图6所示。



使用TF卡下载系统镜像操作步骤如下:
(1)用“tfdownload init”命令初始化TF卡驱动,返回“TF CARD INIT SUCCESS!”即表示TF卡初始化成功。
(2)然后使用“tfdownload”+文件名的方式下载系统镜像到内存中,显示“TFCARD download done!”即表示TF卡下载镜像成功。
(3)最后使用Nandwrite命令将内存中的镜像写入NandFlash中,返回“Done!”即表示写入成功。


使用vold挂载TF卡的操作结果如图7所示。其中“logcat—s void”用来显示void运行的输出信息。“New MMC card‘0000’added”表示成功加载TF卡,“Disk…..New blkdev 179.0”表示TF卡作为一个块设备被成功加载,“Partition…..New blkdev 179.1”表示TF卡第一个分区被成功加载,“Successfully mounted vfat filesystem179:1”表示成功挂载FAT32分区。到这一步,Android系统就已经成功挂载了FAT32系统的TF卡。

5 结语
本文结合嵌入式开发调试和嵌入式大容量存储的背景,提出并实现了一个使用TF卡进行嵌入式系统开发调试及存储应用的方案。在嵌入式系统调试中使用TF卡下载系统镜像,速度与通用性都很好,还可以很方便的和PC机交换数据。作为嵌入式产品的一个构成部分,使用TF卡调试既省去了其他下载设备的设计,又可以在系统中作为大容量存储器使用。本文具体完成的工作包括TF卡同应用处理器的连接电路设计、TF卡的驱动程序设计和FAT32文件系统移植、在Android平台下实现了TF卡的自动挂载。
2020-8-28 14:38:17 评论

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