一種用于sd3.00主機(jī)控制器的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于SD3.00主機(jī)控制器的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法，使用FPGA片內(nèi)的可變相位PLL產(chǎn)生不同相位的采樣時(shí)鐘；使用不同相位的采樣時(shí)鐘采樣SDXC卡的TUNING數(shù)據(jù)塊，與規(guī)范定義的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行匹配，并且記錄每一次的匹配結(jié)果；使用最佳相位選擇算法，選擇一個(gè)最佳的采樣時(shí)鐘相位；整個(gè)過(guò)程由硬件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，不需要軟件的參與，速度快，相位準(zhǔn)，最終使SD3.00主機(jī)控制器能夠在UHS-I高速模式下正確地采樣SD卡的數(shù)據(jù)。本發(fā)明提出的方法，全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，不僅適用于FPGA，也適用于其他包含可變相位PLL的芯片。
【專利說(shuō)明】-種用于SD3. 00主機(jī)控制器的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及SD主機(jī)控制器的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及SD3. 00主機(jī)控制器的采樣時(shí)鐘 設(shè)計(jì)，用于為SD3. 00主機(jī)控制器提供最佳的采樣時(shí)鐘。

【背景技術(shù)】
[0002] 在2009年6月，SD3. 00規(guī)范發(fā)布了?；赟D3. 00技術(shù)的存儲(chǔ)卡，一般叫做SDXC 卡，容量可達(dá)2TB，理論速度可達(dá)300MB/S，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)應(yīng)用的需求。目前許多公司的 都有自己的SDXC卡產(chǎn)品。隨著符合SD3. 00規(guī)范的SDXC卡的推出，進(jìn)行SD3. 00主機(jī)控制 器的研究就有了深遠(yuǎn)的意義。
[0003] SD3. 00主機(jī)控制器和以往的SD主機(jī)控制器相比，主要區(qū)別在于物理接口的變化 和時(shí)鐘頻率的變化。在SD3. 00的UHS-I傳輸模式中，時(shí)鐘頻率高達(dá)208MHz，有效數(shù)據(jù)窗口 只有2. 88ns，加上電路延遲和時(shí)鐘相位的溫漂，采樣時(shí)鐘的相位必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，才能正 確地采樣SD卡的數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明針對(duì)SD3. 00主機(jī)控制器的UHS-I高速傳輸模式，提出了一種動(dòng) 態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法，使得主機(jī)控制器可以動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣時(shí)鐘的相位，從而在高速模式下 可以正確地采樣SD卡的數(shù)據(jù)。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明提出的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法，首先使用FPGA片內(nèi)的可變相位 PLL產(chǎn)生不同相位的采樣時(shí)鐘；然后使用不同相位的采樣時(shí)鐘采樣SDXC卡的TUNING數(shù)據(jù) 塊，與規(guī)范定義的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行匹配，并且記錄每一次的匹配結(jié)果；最后使用最佳相位選擇算 法，選擇一個(gè)最佳的采樣時(shí)鐘相位。
[0006] 動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法具體包括如下步驟： 1) SD主機(jī)控制器依次發(fā)送CMDO、CMD8、ACMD41、CMD11、CMD2、CMD3命令，初始化SDXC 卡，然后發(fā)送CMD7切換SDXC卡的狀態(tài)為數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，再然后發(fā)送ACMD6命令設(shè)置SDXC 卡的數(shù)據(jù)線寬度為4,最后發(fā)送CMD6開(kāi)啟SDXC卡的UHS-I高速模式；然后進(jìn)入步驟2); 2) 配置SD主機(jī)控制器的寄存器，置位ΕΧΕ⑶TE_TUNING位，激活時(shí)鐘控制模塊的采樣時(shí) 鐘相位調(diào)整序列；然后進(jìn)入步驟3); 3) SD主機(jī)控制器發(fā)送CMD19命令，讓所述SD3. 00卡返回64字節(jié)的TUNING數(shù)據(jù)塊；然 后進(jìn)入步驟4); 4) SD主機(jī)控制器的時(shí)鐘控制模塊記錄這個(gè)TUNING數(shù)據(jù)塊，并且與規(guī)范定義的TUNING 數(shù)據(jù)塊進(jìn)行匹配。如果匹配，記為"1"，說(shuō)明采樣時(shí)鐘的相位滿足時(shí)序要求；如果不匹配，記 為"0"，說(shuō)明不滿足時(shí)序要求。并且將匹配結(jié)果存入32比特的循環(huán)移位寄存器result中； 然后進(jìn)入步驟5); 5) 執(zhí)行PLL的相位調(diào)整序列，將采樣時(shí)鐘的相位增加采樣周期的1/32 ;然后進(jìn)入步驟 6)； 6) 重復(fù)步驟3到步驟5,直到32個(gè)采樣時(shí)鐘的相位全部驗(yàn)證完畢；然后進(jìn)入步驟7); 7) 使用最佳相位選擇算法，從循環(huán)移位寄存器result的32個(gè)比特中，找出最長(zhǎng)的一串 " 1"，那么中間的" 1"就代表了最佳的采樣時(shí)鐘相位。然后進(jìn)入步驟8); 8) 根據(jù)最佳的采樣時(shí)鐘相位，再次執(zhí)行PLL的相位調(diào)整序列，完成采樣時(shí)鐘相位調(diào)整； 有益效果：本發(fā)明全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，整個(gè)相位調(diào)整過(guò)程由硬件全自動(dòng)完成，軟件只需要做 少量的配置即可，既快速，又精確。硬件方面，只需要有可變相位PLL的支持即可，控制電路 全部由數(shù)字邏輯實(shí)現(xiàn)，可以在不改動(dòng)原有電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上應(yīng)用本方法。采用本發(fā)明提出 的方法后，SD3. 00主機(jī)控制器可以方便快捷地校正采樣時(shí)鐘的相位，從而在UHS-I高速模 式下，在208MHz的SD總線時(shí)鐘頻率下，正確地采樣來(lái)自SDXC卡的數(shù)據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為本發(fā)明采樣時(shí)鐘相位調(diào)整流程圖； 圖2為本發(fā)明最佳相位選擇算法原理圖； 圖3為本發(fā)明FPGA片內(nèi)的PLL相位調(diào)整時(shí)序； 圖4為本發(fā)明最佳相位選擇算法仿真圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0009] 本發(fā)明提出的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法，首先使用FPGA片內(nèi)的可變相位PLL產(chǎn)生不 同相位的采樣時(shí)鐘；然后使用不同相位的采樣時(shí)鐘采樣SDXC卡的TUNING數(shù)據(jù)塊，與規(guī)范定 義的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行匹配，并且記錄每一次的匹配結(jié)果；最后使用最佳相位選擇算法，選擇一個(gè) 最佳的采樣時(shí)鐘相位。
[0010] 動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法具體包括如下步驟： 1) SD主機(jī)控制器依次發(fā)送CMDO、CMD8、ACMD41、CMD11、CMD2、CMD3命令，初始化SDXC 卡，然后發(fā)送CMD7切換SDXC卡的狀態(tài)為數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，再然后發(fā)送ACMD6命令設(shè)置SDXC 卡的數(shù)據(jù)線寬度為4,最后發(fā)送CMD6開(kāi)啟SDXC卡的UHS-I高速模式；然后進(jìn)入步驟2); 2) 配置SD主機(jī)控制器的寄存器，置位ΕΧΕ⑶TE_TUNING位，激活時(shí)鐘控制模塊的采樣時(shí) 鐘相位調(diào)整序列；然后進(jìn)入步驟3); 3) SD主機(jī)控制器發(fā)送CMD19命令，該命令帶有數(shù)據(jù)傳輸。SDXC卡收到該命令后，會(huì)返 回64字節(jié)的TUNING數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容是固定不變的；然后進(jìn)入步驟4); 4) 如圖2所示，SD主機(jī)控制器的時(shí)鐘控制模塊記錄這個(gè)TUNING數(shù)據(jù)塊，并且與規(guī)范定 義的TUNING數(shù)據(jù)塊進(jìn)行匹配。如果匹配，記為"1"，說(shuō)明采樣時(shí)鐘的相位滿足時(shí)序要求；如 果不匹配，記為"0"，說(shuō)明不滿足時(shí)序要求。并且將匹配結(jié)果存入32比特的循環(huán)移位寄存器 result中；然后進(jìn)入步驟5); 5) 本發(fā)明使用的FPGA是Altera公司Stratix III系列的EP3SL340H1152C3。其 PLL的相位調(diào)整序列如圖3所示。其中，SCANCLK是用于重配置PLL的時(shí)鐘。首先拉高 PLL模塊的PHASESTEP，然后再設(shè)置PHASEUPD0WN(拉高為增加相位，拉低為減少相位）和 PHASECOUNTERSELECT (從4' h2到4' hb分別選擇PLL的從C0到C9輸出時(shí)鐘)，將采樣時(shí) 鐘的相位增加采樣周期的1/32 ;然后進(jìn)入步驟6); 6) 重復(fù)步驟3)到步驟5)，直到32個(gè)采樣時(shí)鐘的相位全部驗(yàn)證完畢；然后進(jìn)入步驟7); 7) 使用最佳相位選擇算法，從循環(huán)移位寄存器result的32個(gè)比特中，找出最長(zhǎng)的一串 " 1"，那么中間的" 1"就代表了最佳的采樣時(shí)鐘相位。如圖2所示，首先初始化tar_phaSe_ start和tar_phase_len為0,然后找到一串" 1 "的起始位，用cur_phase_start記錄，再 找到這串"1"的結(jié)束位，計(jì)算這串"1"的長(zhǎng)度，用cur_phase_len記錄，如果cur_phase_ len>tar_phase_len,那么將 tar_phase_start 和 tar_phase_len 的值替換為 cur_phase_ start和cur_phase_len,然后繼續(xù)尋找下一串"1"，直到32個(gè)比特全部掃描完畢。最終， tar_phase_start+tar_phase_len/2指向的"1"，就代表了最佳米樣時(shí)鐘的相位。然后進(jìn)入 步驟8);算法的仿真結(jié)果如圖4所示，輸入測(cè)試數(shù)據(jù)為result=32' blOl 1_1100_0111_1111 _0110_1000_1111_1111，可以看出，最長(zhǎng)的一串1從第24位開(kāi)始(注意，最左邊的比特位為 第〇位)，長(zhǎng)度為9 ; 8) 根據(jù)最佳的采樣時(shí)鐘相位，再次執(zhí)行PLL的相位調(diào)整序列，完成采樣時(shí)鐘相位調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于SD3. 00主機(jī)控制器的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法，其特征在于： 使用FPGA片內(nèi)的可變相位PLL產(chǎn)生不同相位的采樣時(shí)鐘； 使用不同相位的采樣時(shí)鐘采樣SDXC卡的TUNING數(shù)據(jù)塊，與規(guī)范定義的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行匹 配，并且記錄每一次的匹配結(jié)果； 使用最佳相位選擇算法，選擇一個(gè)最佳的采樣時(shí)鐘相位。
2. 如權(quán)利要求1所述用于SD3. 00主機(jī)控制器的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法，其具體包括如 下步驟： 1) 初始化SD3. 00卡，然后發(fā)送CMD7使其進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，發(fā)送ACMD6命令設(shè)置數(shù)據(jù) 線寬度為4,再發(fā)送CMD6開(kāi)啟UHS-I高速模式；然后進(jìn)入步驟2); 2) 配置寄存器，激活時(shí)鐘控制器的采樣時(shí)鐘相位調(diào)整序列；然后進(jìn)入步驟3); 3) 發(fā)送CMD19命令，讓所述SD3. 00卡返回64字節(jié)的TUNING數(shù)據(jù)塊；然后進(jìn)入步驟 4)； 4) 將卡返回的TUNING數(shù)據(jù)塊與規(guī)范定義的TUNING數(shù)據(jù)塊進(jìn)行匹配，如果匹配，說(shuō)明采 樣時(shí)鐘的相位滿足時(shí)序要求；如果不匹配，說(shuō)明不滿足時(shí)序要求；并且記錄匹配結(jié)果；然后 進(jìn)入步驟5); 5) 配置PLL，將采樣時(shí)鐘的相位增加采樣周期的1/32 ;然后進(jìn)入步驟6); 6) 重復(fù)步驟3)到步驟5)，直到32個(gè)采樣時(shí)鐘的相位全部測(cè)試完畢；然后進(jìn)入步驟7); 7) 使用最佳相位選擇算法，選擇一個(gè)最佳的采樣時(shí)鐘相位；然后進(jìn)入步驟8); 8) 根據(jù)最佳的采樣時(shí)鐘相位，再次配置PLL，完成采樣時(shí)鐘相位調(diào)整。
3. 權(quán)利要求1所述用于SD3. 00主機(jī)控制器的動(dòng)態(tài)時(shí)鐘相位調(diào)整方法，其中最佳相位選 擇算法為從32個(gè)相位測(cè)試結(jié)果中選擇一個(gè)最佳相位，即： 先用一個(gè)32比特的寄存器保存測(cè)試結(jié)果； 使用狀態(tài)機(jī)從中查找出最長(zhǎng)的有效區(qū)間； 最長(zhǎng)有效區(qū)間的中間值就是最佳采樣時(shí)鐘相位。
【文檔編號(hào)】G06F1/08GK104122935SQ201410369479
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】劉昊, 楊賦庚 申請(qǐng)人:東南大學(xué)