SD卡（secure digital memory card，安全數(shù)碼卡）是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地于便攜式裝置上使用，例如數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理（PDA）和多媒體播放器等。SD卡由日本松下、東芝及美國SanDisk公司于1999年8月共同開發(fā)研制。大小猶如一張郵票的SD記憶卡，重量只有2 g，但卻擁有高記憶容量、快速數(shù)據(jù)傳輸率、極大的移動(dòng)靈活性以及很好的安全性。

　　SD 卡在24mm×32mm×2.1mm的體積內(nèi)結(jié)合了SanDisk快閃記憶卡控制與MLC（Multilevel Cell）技術(shù)和Toshiba（東芝）0.16u及0.13u的NAND技術(shù)，通過9針的接口界面與專門的驅(qū)動(dòng)器相連接，不需要額外的電源來保持其上記憶的信息。而且它是一體化固體介質(zhì)，沒有任何移動(dòng)部分，所以不用擔(dān)心機(jī)械運(yùn)動(dòng)的損壞

　　1 文件系統(tǒng)

　　1.1 FAT文件系統(tǒng)簡介

　　文件配置表（FAT）是一種由微軟公司發(fā)明的并帶有部分的文件系統(tǒng)，供MS-DOS使用，也是非NT內(nèi)核的微軟窗口使用的文件系統(tǒng)。FAT文件系統(tǒng)考慮當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)效能有限，所以未被復(fù)雜化，因而被幾乎所有個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)支持。這些特性使它成為理想的軟盤和記憶卡的文件系統(tǒng)。但FAT有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)：當(dāng)文件被刪除并且在同一位置被寫入新數(shù)據(jù)，他們的片段通常是分散的，減慢了讀寫速度。磁盤碎片重整是一種解決方法，但必須經(jīng)常重組來保持FAT文件系統(tǒng)的效率。

　　微軟在Dos/Windows系列操作系統(tǒng)中共使用了6種不同的文件系統(tǒng)（包括即將在windows的下一個(gè)版本中使用的Winfs）。它們分別是：FAt12、FAT16、FAT32、NTFS、NTFS5.0和WINFS。下面我們一一來對它們的相關(guān)特點(diǎn)和規(guī)則做個(gè)介紹。其中FAt12、FAT16、FAT32均是Fat文件系統(tǒng)。是File Allocation Table的簡稱。

　　1.2 FAT文件系統(tǒng)升級版

　　FAT32實(shí)際上是文件分區(qū)表采取的一種形式，它是相對于FATl6而言的。它可以大大地節(jié)約磁盤空間。文件在磁盤上是以簇的方式存放的，簇里存放了一個(gè)文件就不能再存放另外的文件。

　　FAT32的優(yōu)點(diǎn)是可以支持的磁盤大小達(dá)到2 TB（2 048 GB），但是不能支持小于512 MB的分區(qū)。由于采用了更小的簇，F(xiàn)AT32文件系統(tǒng)可以更有效率地保存信息。這與大的FAT或FAT16驅(qū)動(dòng)器相比，可將磁盤空間的使用率提高10 9，6～15%。

　　FAT32更穩(wěn)定可靠。FAT32可以重新定位根文件夾，而且它使用文件分配表的備份副本，而不是使用默認(rèn)副本。此外，F(xiàn)AT32驅(qū)動(dòng)器上的引導(dǎo)記錄也得到擴(kuò)展，包括了關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的備份副本。因此，與現(xiàn)有的FAT16驅(qū)動(dòng)器相比，F(xiàn)AT32驅(qū)動(dòng)器不容易受單點(diǎn)故障的影響。

　　FAT32更靈活。FAT32驅(qū)動(dòng)器上的根文件夾是普通的簇鏈，因此它可以位于驅(qū)動(dòng)器上的任何位置。以前對根文件夾數(shù)量的限制不復(fù)存在。這樣就可以讓文件分配表的副本而不是讓個(gè)文件分配表處于活動(dòng)狀態(tài)。這些功能允許您動(dòng)態(tài)重調(diào)FAT32分區(qū)的大小。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 芯片概述

　　芯片就是IC，泛指所有的電子元器件，是在硅板上集合多種電子元器件實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電路模塊。它是電子設(shè)備中重要的部分，承擔(dān)著運(yùn)算和存儲(chǔ)的功能。集成電路的應(yīng)用范圍覆蓋了、民用的幾乎所有的電子設(shè)備。

　　ATmega32是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega32的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS/MHz，所有的寄存器都直接與算邏單元（ALU）相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問2個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。

　　PL2303用于實(shí)現(xiàn)USB和標(biāo)準(zhǔn)RS 232串行端口之間的轉(zhuǎn)換，2個(gè)獨(dú)立的大型緩沖用于兩種總線的連接，大型數(shù)據(jù)緩沖器用于USB的批量數(shù)據(jù)傳輸，自動(dòng)握手模式可用于串行通訊，因而可以達(dá)到遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)UART控制器的波特率。

　　NOKIA 5110液晶顯示器，傳統(tǒng)的點(diǎn)陣式液晶顯示器，不內(nèi)置英文及漢字字庫，因此NOKIA 5110液晶顯示的過程，需要單片機(jī)把從存儲(chǔ)器中讀取到的ASCII碼值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的英文及漢字點(diǎn)陣信息，然后通過串口把點(diǎn)陣信息傳輸?shù)揭壕э@示器上進(jìn)行顯示。

　　2.2 硬件設(shè)計(jì)

　　硬件單元包括：AVR主控ATmega32單元模塊，SD卡接口模塊，液晶顯示接口模塊，串口轉(zhuǎn)USB接口。

　　2.2.1 主控電路設(shè)計(jì)

　　主控電路（如圖1所示）主要負(fù)責(zé)將從輸入接口中讀到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的字模碼。

　　2.2.2 存儲(chǔ)系統(tǒng)模塊及接口設(shè)計(jì)

　　SD卡接口如圖2所示。

　　2.2.3 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)

　　液晶顯示接口如圖3所示。

　　2.2.4 USB轉(zhuǎn)換接口模塊設(shè)計(jì)

　　計(jì)算機(jī)端串行轉(zhuǎn)USB接口的設(shè)計(jì)如圖4所示。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)是把許多事物和問題抽象起來，并且抽象它們不同的層次和角度。建議用數(shù)學(xué)語言來抽象事務(wù)和問題，因?yàn)閿?shù)學(xué)是的抽象語言，并且它的本質(zhì)就是抽象。將復(fù)雜的問題分解成可以管理的片斷會(huì)更容易。將問題或事物分解并模塊化這使得解決問題變得容易，分解的越細(xì)模塊數(shù)量也就越多，它的副作用就是使得設(shè)計(jì)者考慮更多的模塊之間耦合度的情況。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括AVR單片機(jī)主控程序，中斷服務(wù)控制子程序，LCD控制子程序，編碼轉(zhuǎn)化子程序等幾個(gè)模塊。單片機(jī)端程序運(yùn)行流程如圖5所示，計(jì)算機(jī)端運(yùn)行程序流程如圖6所示。

　　4 總結(jié)及展望

　　由于本設(shè)計(jì)中采用的都是一些通用器件，是對通用器件的嘗試性擴(kuò)展應(yīng)用，通過LCD設(shè)計(jì)的人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)設(shè)備的友好操作，能夠通過單片機(jī)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向立體式的讀寫，能夠?qū)崿F(xiàn)在線的實(shí)時(shí)的FAT32文件系統(tǒng)資源管理，因此本系統(tǒng)具有一定社會(huì)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。