FPGA硬件设计5 ZYNQ外围-USB、SD、EMMC、FLASH、JTAG
目录
一、SD
1. SD_CMD (Command Line)
2. SD_Dx (Data Lines)
3. SD_CLK (Clock Line)
总结：
二、EMMC
eMMC 接口信号：
1. CMD (Command)
2. DATAx (Data Lines)
3. NRST (Reset)
Flash 存储（如 SPI Flash）接口信号：
1. CS (Chip Select)
2. Dx (Data Lines)
3. SCK (Serial Clock)
总结：
eMMC接口信号：
Flash存储接口信号：
三、JTAG
1. TMS (Test Mode Select)
2. TCK (Test Clock)
3. TDI (Test Data In)
4. TDO (Test Data Out)
总结：
一、SD
核心：SD_CMD、SD_Dx、SD_CLK。
在SD卡（Secure Digital）接口的硬件设计中，SD_CMD、SD_Dx 和 SD_CLK 是核心的信号线，它们用于与SD卡进行数据交换和控制。下面是这三个信号的具体作用介绍：
1. SD_CMD (Command Line)
- 作用：用于传输命令和响应信号。
- 描述：SD_CMD是SD卡的命令线，通过这条线，主机（如MCU或处理器）向SD卡发送命令，并接收SD卡的响应。它负责所有的控制命令和数据包的传输。每个SD卡操作（如初始化、读写、擦除等）都是通过SD_CMD命令进行的。
- 在命令传输期间，SD_CMD是单向的，主机发送命令时，SD卡会响应一个响应信号。响应信号可能包括命令的执行结果、错误状态等。
- 在一些SD卡的通信模式（如SPI模式）下，SD_CMD也可以用于传输数据。
- 注意事项：
- SD_CMD信号通常是双向的，但大多数情况下它是由主机驱动的。在某些情况下，SD卡也会通过SD_CMD发送响应信号给主机。
2. SD_Dx (Data Lines)
- 作用：用于传输数据。
- 描述：SD_Dx是SD卡的数据总线（通常为1、4、8条数据线，具体取决于SD卡的工作模式和速率）。数据传输是SD卡操作的核心，数据通过这些线在主机和SD卡之间进行读写。
- SD_D0 是数据总线的最低位（对于1线模式是唯一的数据线）。
- SD_D1, D2, D3 等是更多的数据线（在4线或8线模式下启用）。在4线或8线模式下，数据传输速率更高，能够提供更快的数据读取/写入性能。
- 模式：
- 在SPI模式下，只有SD_D0会被用来传输数据。
- 在**SDIO（并行模式）**下，SD_D0到SD_D3（或更多）是用于数据传输的。
- 注意事项：
- 数据线的数量和模式（如1位、4位或8位）会影响SD卡的传输速率。通常，SD卡支持1位、4位和8位数据模式，在不同的模式下，数据传输的带宽会有所不同。
3. SD_CLK (Clock Line)
- 作用：为数据传输提供时钟信号。
- 描述：SD_CLK是用于同步数据传输的时钟信号。时钟信号由主机（如MCU或处理器）提供，它帮助控制SD卡与主机之间的数据传输速率。
- SD_CLK通常是一个固定频率的时钟信号（如25 MHz、50 MHz等），根据SD卡的工作模式（SPI或SDIO）和速率，时钟频率会有所不同。
- 在SD卡工作时，SD_CLK时钟信号驱动数据传输的同步性，每次数据交换都由时钟信号来指示数据的有效性。数据传输会在时钟的每个上升沿或下降沿（取决于具体实现）进行同步。
- 注意事项：
- 时钟频率必须与SD卡的支持速度匹配。过高的时钟频率可能导致信号不稳定，而过低的频率则会影响数据传输速度。
- 时钟信号的质量（如波形完整性和噪声抑制）对于高速度的数据传输非常重要。
总结：
- SD_CMD：用于命令和响应传输，是控制信号，用于主机与SD卡之间的命令交互。
- SD_Dx：用于数据传输，SD卡和主机之间的实际数据交换通过这些数据线完成。
- SD_CLK：提供时钟信号，用于同步数据传输，确保数据的正确时序。
这三个信号线共同协作，实现SD卡与主机之间的数据读写、控制和命令的传输。在硬件设计时，确保这些信号的时序、驱动能力和质量非常重要，特别是在高速数据传输和多线模式下。
二、EMMC
在 eMMC 和 Flash 存储设备中，CMD、DATAx、NRST、CS、Dx、SCK 等信号线是用于数据传输和控制的关键接口信号。以下是这些信号的具体作用：
eMMC 接口信号：
1. CMD (Command)
- 作用：用于发送命令和接收响应。
- 描述：CMD线是eMMC接口中的命令线，主控设备（如MCU或处理器）通过它向eMMC存储卡发送命令。eMMC设备响应命令并通过CMD线发送响应。每个eMMC操作（如读写、擦除等）都通过CMD信号来控制。
- 双向信号：CMD线是双向的，在发送命令时，主机通过它向eMMC发送指令，eMMC设备通过相同的CMD线响应主机。
2. DATAx (Data Lines)
- 作用：用于数据传输。
- 描述：DATAx是eMMC的并行数据总线，通常有多个数据线（如1位、4位或8位）。数据通过这些线在eMMC和主控设备之间进行传输。
- 1位模式：使用单一的数据线（通常是DATA0）。
- 4位或8位模式：可以并行使用多个数据线，提高数据传输速率。eMMC支持1位、4位、8位数据传输模式，随着数据线数量的增加，传输带宽会提高。
- 例如：DATA0, DATA1, DATA2, DATA3, DATA4 等。
3. NRST (Reset)
- 作用：复位信号。
- 描述：NRST是eMMC设备的复位信号，当主控设备希望重置eMMC设备时，会通过此线将eMMC复位。此信号通常为低电平有效。
- 复位信号用于将eMMC设备恢复到初始状态，确保设备在出现错误或断电后可以重新初始化。
Flash 存储（如 SPI Flash）接口信号：
1. CS (Chip Select)
- 作用：用于选择Flash芯片。
- 描述：CS线用于选择目标Flash设备。主控设备通过拉低该信号来激活特定的Flash芯片。对于SPI接口的Flash，当CS为低电平时，Flash芯片与主机的通信就被激活，否则就不会响应主机的请求。
- CS信号通常是低电平有效，只有在CS线拉低时，Flash芯片才会接收来自主控的指令和数据。
2. Dx (Data Lines)
- 作用：用于数据传输。
- 描述：Dx是用于SPI或其他数据传输协议的数据线。数据通过这些线在主控设备和Flash存储之间传输。
- 对于SPI Flash，数据通过 MISO（主机输入从机输出）和 MOSI（主机输出从机输入）进行传输。MISO 用于从Flash读取数据，MOSI 用于向Flash写入数据。
- 在更复杂的协议下（如Parallel Flash），会有更多的数据线，如 D0, D1, D2, D3 等，这些线一起组成数据总线。
- 在SPI模式下，通常只有MISO和MOSI。
3. SCK (Serial Clock)
- 作用：时钟信号。
- 描述：SCK线是SPI协议中的时钟信号。主控设备通过它提供时钟，Flash设备根据时钟信号来同步数据传输。在每个时钟周期内，数据在 MISO 和 MOSI 数据线之间交换。
- 在每次时钟上升沿或下降沿（具体取决于协议设置），数据就会被传输或接收。
总结：
eMMC接口信号：
- CMD：用于传输命令和接收响应（双向信号）。
- DATAx：用于数据传输，通过多个数据线并行传输数据（1位、4位、8位模式）。
- NRST：复位信号，用于重置eMMC设备。
Flash存储接口信号：
- CS：芯片选择信号，用于选择目标Flash设备（通常低电平有效）。
- Dx：数据传输线，负责数据交换（如MISO和MOSI在SPI协议中）。
- SCK：时钟信号，为数据传输提供同步时钟。
这些信号线一起协作，确保主控与eMMC或Flash存储设备之间的数据传输和控制命令的准确传递。在设计时，必须根据协议（如SPI或eMMC）来配置和管理这些信号线的时序和电平。
三、JTAG
JTAG为TMS、TCK、TDO、TDI，有的会将下载器集成在板卡，有的单独设计。
JTAG（Joint Test Action Group）是一种用于调试、编程和测试电子设备（如微处理器、FPGA、CPLD、内存等）的标准接口。JTAG接口由几个重要的信号线组成，其中 TMS、TCK、TDO 和 TDI 是常见的信号。下面是它们的具体作用：
1. TMS (Test Mode Select)
- 作用：选择JTAG的工作模式或状态。
- 描述：TMS是JTAG协议中的控制信号，决定了JTAG状态机的当前状态。在每个时钟周期，TMS的电平（高或低）决定了状态机的下一步动作。
- 高电平（1）：将状态机转移到特定的状态。
- 低电平（0）：将状态机转移到另一个状态。
- 通过TMS，主机控制设备进入不同的JTAG工作模式（例如，测试模式、程序模式等），以及控制信号的流向。
2. TCK (Test Clock)
- 作用：时钟信号，用于同步数据传输。
- 描述：TCK是JTAG接口的时钟信号，通常由主控设备（如调试器或编程器）提供。每个时钟周期，TCK的上升沿或下降沿触发JTAG状态机的变化，并同步TDI和TDO之间的数据传输。
- TCK是所有JTAG操作的时钟源，用于同步其他信号的传输。
3. TDI (Test Data In)
- 作用：数据输入，向目标设备传输数据。
- 描述：TDI是数据输入信号，数据从JTAG主机（例如调试器）输入到目标设备。主机通过TDI将命令、配置或测试数据发送到目标设备。TDI数据传输的顺序和时机是由TCK时钟同步的。
- 在JTAG链中，TDI用于向设备传输数据，尤其在进行边界扫描、设备编程和调试时。
4. TDO (Test Data Out)
- 作用：数据输出，接收来自目标设备的数据。
- 描述：TDO是数据输出信号，目标设备通过TDO将数据或状态信息传输回JTAG主机。通常，TDO用于返回设备的测试结果、状态寄存器值或其他反馈信息。数据通过TDO输出时，同样是由TCK时钟进行同步。
- TDO线是双向的，只在主机发送TDI时输入数据，设备响应时输出数据。
总结：
- TMS：选择JTAG状态机的状态，控制设备的工作模式。
- TCK：时钟信号，负责同步JTAG操作和数据传输。
- TDI：数据输入线，用于将数据从JTAG主机传送到目标设备。
- TDO：数据输出线，用于从目标设备返回数据到JTAG主机。
这四个信号组成了JTAG接口的核心，协调进行调试、编程、测试等操作。通过TMS控制状态机，TCK提供时序同步，TDI传输命令或数据，TDO传回结果或响应，构成了整个JTAG链的操作流程。在调试和测试电子设备时，这些信号共同工作，确保数据能够正确传输和状态能够正确切换。
