MC9S12UF32的嵌入式文件系统数据存储模块

摘要：随着嵌入式技术的发展，越来越多的系统需要具备大容量数据存储、传输和分析的功能，对于数据灵活性和通用性的要求也随之提高。本文基于MC9S12UF32设计了一款使用FAT文件系统对数据进行管理的数据存储模块。详细介绍了该模块的软、硬件构架，并给出了开放源代码的文件系统FatFs软件包的移植与使用方法。

关键词：MC9S12UF32；FatFS；FAT文件系统

引言

随着信息技术的发展，嵌入式系统简单地对存储介质按地址、字节进行读写的方式已经不能满足实际应用的需求，利用文件系统对存储介质进行管理成为嵌入式系统的一个发展方向。虽然目前存在很多版本的文件系统，但windows的广泛应用使得FAT文件系统仍然是最通用的文件系统之一。本文中基于MC9S12UF32单片机，结合开源文件系统FatFS，设计实现了使用FAT文件系统的大容量数据存储模块。

1 系统结构

数据存储系统框架如图1所示。该数据存储模块以Freescale公司的MC9S12UF32为核心，串行通信接口SCI接收到的数据可以直接通过单片机以FAT文件的形式存储在micro SD卡中。用户程序可以通过编程控制单片机，直接对micro SD卡中的任意文件进行读写，实现存储数据。由于实现了FAT文件系统，用户也可以通过单片机内置的USB接口将本数据模块识别为U盘，用PC机进行读写操作。此外，模块中的SD卡也可以取出，使用标准的读卡器可在任何PC机上读出。

2 硬件结构及底层函数的编写

本文所介绍的数据存储插件由MC9S12UF32、DSl2887实时钟模块、micro SD卡、串行通信接口以及USB接口5部分组成。实时时钟，可以为数据存储模块的文件系统提供正确的时间戳信息，在精简的系统设计中，这个部分则可以省略。

2．1 MC9S12UF32单片机

Freescale公司生产的这款16位单片机具有3．5 KBRAM和32 KB Flash EEPROM。它最大的特点在于拥有USB2．O接口、ATA5接口以及SD／MMC、SmartMedia、MemoryStick等多种存储卡接口。本文所介绍的数据存储插件采用MC9S12UF32单片机内部集成的SD主控制器模块(SDHC)实现micro SD卡的底层读写。

(1)SDHC模块

SDl．O规范协议中定义了对SD卡的两种访问模式：SD模式和SPI模式。使用SDHC(Secured Digital cardHost Controller)模块对SD卡读写采用了SD模式。该模块将SD总线转换为MC9S12UF32内部的IPBus总线或者IQUE总线，使用者只需要对SDHC模块相关的寄存器进行配置，就可以实现向SD卡发送各种命令和读写数据的功能。SD卡与SDHC的连接如图2所示。

MC9S12UF32内部集成的SDHC模块支持SD卡1．O版本的物理层协议，所以本系统使用标准microSD卡(而非SDHC卡)，其存储容量最大为2 GB。这样的存储容量已经完全可以满足大多数嵌入式应用的需求。

(2)MC9S12UF32与SD卡之间的数据传输

在完成对时钟频率和传输数据线宽度的配置之后，通过发送相应的读写命令就可以实现单片机与SD卡之间的数据传输了。在单片机向SD卡写入数据的过程中，编程者将需要写入的数据写入SDHC模块的SDATA寄存器(16位)之后，该数据将被转移至发送数据FIFO中。与此同时，只要发送数据FIFO非空，其中的数据就会不断地通过数据线被写入SD卡的相应位置。在单片机从SD卡中读取数据的过程中，SD卡中的数据将不断发送至接收数据FIFO中。只要接收FIFO非空，单片机就可以不断地通过读SDATA寄存器得到接收数据FIFO中的数据。

2．2 DSl2887实时钟模块

DSl2887模块使用数据／地址复用的并行异步总线，可以为单片机提供100年以内的实时钟信息(年／月／日／时／分／秒)。它内部具有石英晶振和锂电源，首次使用时，需要对该模块内部的寄存器进行相应配置，激活晶振使其进入工作状态。由于DSl2887内部带有锂电源，所以一旦晶振被激活，即使外部掉电，该模块依然可以保存并提供正确的实时钟信息。

作者：韩晓雪，曾 鸣，邵贝贝 清华大学 来源：国外电子元器件