随着Flash Memory等非易失存储技术的发展,诞生了许多基于Flash存储技术的非易失大容量闪烁存储卡。其中SD卡以体积小、功耗低、口线少、操作方便等优势,被广泛应用于各种数码产品中,如数码相机、MP3等。SD卡同时也为低功耗、便携式动态心电监护仪器的采集、存储系统提供了理想的存储介质。本研究设计了一个基于MSP430系列单片机和SD卡的FAT16文件系统,该文件系统能够将采集的数据以Windows标准文件的形式存储在SD卡上,然后通过读卡器方便地将采集的数据传输到通用计算机上,进行进一步的数据处理和分析。
1硬件功能原理及接口设计
SD卡的外形和接口如图1所示。根据SD卡与主控制器的通信协议不同,SD卡对外提供两种访问模式[1]:SD模式和SPI模式。所用通信模式不同,SD卡引脚的功能也不同,具体引脚功能如表1所示。在具体通信过程中,主机只能选择其中一种通信模式,而且通信模式一旦选定,系统在通电情况下不能改变。SD模式下,主控制器使用SD总线访问SD卡,而通常的单片机没有硬件SD总线,尽管可以借助通用口线用软件仿真,但访问速度较低,还要占用大量CPU时间,而单片机多具有SPI总线,本文就利用SPI总线实现对SD卡的访问。下面主要介绍SPI总线方式。
SD卡上文件都是以簇为单位存取的。读SD卡上的文件,首先要根据文件名查找到该文件的目录登记项,根据目录登记项中的起始簇号既可找到文件在数据区中第1簇的内容,又可在FAT表中找到第2个簇号,根据第2个簇号又能找到第2簇的内容和FAT表中第3个簇号,依此类推,可以读取全部文件数据。向SD卡写文件,要保证FAT1和FAT2中内容的一致性,即对两块都要进行同样的写操作。
(3)文件的删除
删除文件时,不涉及数据区的操作,只须在文件目录登记项上作一个删除标记,并把文件在FAT表中所占有的簇标记为“空簇”。
通过对SPI模式下SD卡读写和文件系统的研究,实现了单片机对SD卡FAT16文件的管理,包括文件的创建、读写、删除等操作。该方法为数据采集系统提供了一种非易失性存储器的解决方案,采集到的数据会以标准文件的格式记录到SD卡上,数据可在Windows下用读卡器读取,在保证高性价比的同时,又方便了数据的进一步分析、处理。通过长时间在心电图监测系统中的实际应用,证明了该方法的可行性。该文件系统的分层结构使得只需对底层驱动进行简单的修改就可以移植到闪存卡等其他存储介质上。该方案也可以应用到如MP3等与Windows有交互的移动存储设备中,便于文件的统一管理。
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