基于ＬＰＣ２１４８的ＳＤ卡实现
嵌入式系统升级设计
刘海，朱红
成½电子科技大学 四川 成½ 610054
摘 要：
在嵌入式系统中，为了实现设备终端的内核、文件系统升级和设备功½维护，一般是将目标板连接到主机，通过 JTAG 口、
串口或½口来实现升级。在此，提出一种更为方便的升级方法，即利用 LPC2148 用户，只需通过 SPI 方式对发送的 SD 卡
进行底层驱动，
运用 SD 卡文件系统、 编程接口方式和程序跳½，
IAP
即可达到系统升级和维护的目的。不仅与用户交互方便，
且可节约大量的人力、财力和时间。该方案同样可用于 ARM7 和 ARM9。
关键词：
智½终端，系统程序 / 嵌入式系统，系统升级，系统编程
Realization of upgrading embedded system using
SD card based on LPC2148
LIU Hai，ZHU Hong
University of Electronic and Science Technology,Chengdu 610054，China
Ａ½½½½½½½：
In embedded system，the objective board and host board are always connected to upgrade through
the JTAG，serial interface or network，in order to upgrade the kernel，file system and the maintenance
of equipment function of the terminal．A more convenient way of upgrading is provided，which is based
on LPC2148．After the users insert the SD card，the system can be upgraded and keep maintenance by
the driver for SD card，the organization of file system，IAP programming interface and jumping code are
jmplemented through SPI interface．It is not only convenient to communicate with the users，but also save a
lot of manpower，finance and time．The design also can be used in ARM7 and ARM9．
Ｋ½½ ½½½½：
intelligent terminal, system procedure/embedded system, system upgrade, system programming
１ 引言
随着现代工业社会逐步向智½化社会的过渡，嵌入式
在现代经济生活中扮演着重要的角色。
为了做出½的产品，
必须与用户½成互动，
利用用户的反馈信息不断完善产品。
另外，产品在长时间½用中，会慢慢出现终端程序设计上
的缺陷，这就要求对终端系统设备的内核、文件进行系统
升级或者对设备进行功½维护。如果对几百个终端进行现
场 ＩＳＰ 升级，或通过 ＪＴＡＧ 口、串口实现升级，不仅浪费
大量的人力、财力，更重要的是浪费了宝贵的时间。延误
了开拓市场的机遇，降½了用户对产品的信誉度
［１½
。为了
解决这些问题，提出了利用 ＬＰＣ２１４８ 的 ＳＤ 卡实现嵌入式
系统升级的设计方案。
２ 总½系统升级方案设计
厂家生产出产品后，用户购买回去½用，½设备出现
了系统漏洞或者用户不满足现有功½而提出更多需求时，
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就要对系统升级或者维护系统功½。厂家只需将 ＳＤ 卡取
回，把更新后的程序放入 ＳＤ 卡中，然后发放给用户，用
户只需把 ＳＤ 卡插入终端设备，即可达到系统升级的目的。
图 １ 给出厂商与用户之间的交流流程图。图 ２ 给出整个系
统设计流程图。
按图 １ 所示，厂商与用户交流过程如下：
地址段中。最后，跳½到指定段，开始工½。厂家可根据
需要，任意安排升级程序放½的½½。
３ 系统硬件设计
核心处理器采用 ＰＨＩＬＪＩＰＳ 公司的 ＬＰＣ２１４８。它是一
个支持实时仿真和嵌入式跟踪的 ３２ ½ ＡＲＭ７ 微控制器，
带有 ３２ＫＢ 和 ５１２ＫＢ 嵌入的高速 Ｆ½½½½ 存储器。１２８ ½½
度的存储器接口和独特的加速结构，½ ３２ ½代码½够在
最大时钟速率下运行，并带有 ＳＰＩ 总线。选用该处理器主
要考虑其内部资源丰富，无需扩展存储器和 ＳＰＩ 总线，且
性½优异，抗干扰½力强，价格½廉，具有极高的性价比。
该设计只是产品电路中的一部分。其硬件电路如图 ３
所示。ＬＰＣ２１４８ 具有同步、全双工串行接口（ＳＰＩ）
，其最
大数据½频率为输入时钟频率的 ½／８，可以没½为主机或
从机工½方式。ＳＤ 卡是通过 ＳＰＩ 总线协议驱动的，数据
传输中，主机总是向从机发送一个字节数据，而从机也总
是向主机发送一个字节数据。图 ３ 中左边为 ＬＰＣ２１４８，右
边为 ＳＤ 卡插½。ＳＣＫ½ 为串行时钟，用于 ＬＰＣ２１４８ 与 ＳＤ
卡之间的数据传输时钟信号；ＭＩＳ０１ 是一个单向信号，用
于将数据从 ＳＤ 卡传输至 ＬＰＣ２１４８；ＭＯＳ½½ 也是一个单向
信号，用于将数据从 ＬＰＣ２１４８ 传输至 ＳＤ 卡；ＳＳＥＬ１ 为选
图 １ 厂商与用户之间交流流程图。
（１） 厂商将一个类似 Ｂ½½½ ½½½½½½ 的程序通过 ＩＳＰ 方式，
将 其下½½到 Ｆ½½½½ 中，如图 ２ 所示的½½；
图 ２ 系统设计流程图
通信号，用于选中 ＳＤ 卡。图 ３ 中的引脚 ３ 和引脚 ６ 分别
接地，引脚 ４ 接电源，引脚 ８ 用于检测 ＳＤ 卡是否插入，
并可根据实际要求选定。ＳＤ 卡与 ＬＰＣ２１４８ 之间通过 ＳＰＩ
协议和 ＳＤ 文件系统的组织½式，才½协调通讯。
（２） 将升级程序放入 ＳＤ 卡中，随产品一起出厂；
（３） 用户拿到 ＳＤ 卡后，将其插入 ＳＤ 卡½，终端设备
开始 工½；
（４） 用户½用一段时间后，若出现问题或者需要升级、
维护时，只需将 ＳＤ 卡返回厂家即可；
（５） 厂家将升级后的程序放入返回的 ＳＤ 卡中，再返回
给用户，或者厂家直接再发放 ＳＤ 卡给用户，而无需用户
返回 ＳＤ 卡；
（６） 用户拿到 ＳＤ 卡后，将其直接插入终端设备卡后，
则可达到升级的目的。
出 厂 前， 通 过 ＩＳＰ 编 程 方 式 烧 入 一 个 类 似 于 Ｂ½½½
½½½½½½ 的程序。该程序的实现大致分为 ３ 个步骤：
（１） ＳＰＩ 模式下的 ＳＤ 卡底层驱动；
（２） 读出 ＳＤ 卡中的系统程序，并放入指定的 Ｆ½½½½ 地
址段中：
（３） 跳½到指定的 Ｆ½½½½ 地址段，执行升级后的系统。
在用户插入 ＳＤ 卡前，程序不断判断 ＳＤ 卡是否插入。
用户插入 ＳＤ 卡后，
程序首先驱动 ＳＤ 卡，
½其½正常工½，
然后读取 ＳＤ 卡中的升级程序，并将其放入指定的 Ｆ½½½½
图 ３ 硬件电路图
４ 系统½件设计
系统½件部分首先通过 ＳＰＩ 协议对 ＳＤ 卡初始化，然
后根据 ＳＤ 卡的 ＦＡＴ３２ 文件系统组织½式读取 ＳＤ 卡中的
数据，将读取数据通过 ＩＡＰ 方式将其写入 Ｆ½½½½ 中，最后
用一个跳½程序跳½到该段，以达到升级的目的。
4.1 SD 卡的初始化
用户应用程序通常以文件的½式访问 ＳＤ 卡，并以文
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件的½式存取数据。文件系统层是通过调用 ＳＤ 卡物理层
的有关½数来实现的
［２½
，所以要想以文件系统的½式访问
ＳＤ 卡，则必须先驱动 ＳＤ。ＳＤ 卡的读写操½½是基于½令
的，通过向 ＳＤ 卡发送相应的½令并读取相应的响应控制
ＳＤ 卡。在对 ＳＤ 卡读写前，首先要进行初始化操½。这是
确保 ＳＤ 卡½在 ＳＰＩ 模式下正常读写数据的前提
［３½
。ＳＤ 卡
上电复½后，
默认是 ＳＤ 模式。为了½ ＳＤ 卡进入 ＳＰＩ 模式，
必须将 ＣＳ ½½（至少延迟 ７４ 个时钟）并通过 ＳＰＩ 总线发
送 ＣＭＤ。½ ＳＤ 卡复½，
同时激活，
并进行内部初始化处理，
½ ＳＤ 卡退出空闲状态。ＳＤ 卡初始化流程图如图 ４ 所示。
图 ５ ＳＤ 卡文件读取步骤
访问 ＦＡＴ 表，读出其对应的 ＦＡＴ 表内容，即第 ３ 个簇号
０００６…等。依次做下去，直到最后一个表项内容为 ＦＦＦＦ
为止；
（３） 由第 （２） 步可知，
“Ｍ½½½½½”这个文件占用了 ４ 个簇，
图 ４ ＳＤ 卡初始化流程图
这 ４ 个 簇 号 ½ 成 一 个 簇 链 ０００４Ｈ－０００５Ｈ－０００６Ｈ－０００８Ｈ，
根据这些簇号所½成的簇链访问这 ４ 个簇号对应的 ４ 个数
据存储区域，文件“Ｍ½½½½½”就分成 ４ 个部分分别存放在
这 ４ 个存储区域中
［６½
。
ＳＤ 卡中 ＳＰＩ 模块的读操½包括读单块和读多块两种。
该系统仅实现了读单块功½。初始化的长度为 ５１２ 字节。
½数的实现分为 ４ 个步骤：① ＬＰＣ２１４８ 向 ＳＤ 卡发送读单
块½令（ＣＭＤ１７）
，ＳＤ 卡响应（Ｒ１ 格式）
；②等待 ＳＤ 卡
发送读起始令牌；③判断收到的令牌是否为 Ｏ½ＦＥ；④从
ＳＤ 卡中读取数据 ［４½。
4.3 IAP 功½的实现
ＬＰＣ２１４８ 支持多种方式对 Ｆ½½½½ 进行编程，用来写入
用户代码或数据。第一种方式是通过内½的串行 ＪＴＡＧ 接
口进行编程；第二种方式是通过 ＵＡＲＴＯ 进行存系统编程
（ＩＳＰ）
；第三种方式是通过在应用编程（ＩＡＰ）
。ＩＡＰ 程序是
½½½½½ 代码，地址为 ０½７ＦＦＦＦＦＦ０。在½用 ＩＡＰ 擦除、编
程操½过程中，片内 Ｆ½½½½ 存储器不可访问。½用户运行
应用程序时，用户 Ｆ½½½½ 区域的中断向量有效，所以在调
用 Ｆ½½½½ 擦除、写 ＩＡＰ 之前，用户应½禁止中断，确保用
户中断向量在 ＲＡＭ 中有效和中断处理程序½于 ＲＡＭ 中。
ＩＡＰ 代码不½用或禁止中断。
可将 ＳＤ 卡读出的数据用 Ｃ 代码烧入指定的 Ｆ½½½½ 段
中
［７½
：
＊ 定义 ＩＡＰ 程序的入口地址
＃½½½½½½ ＩＡＰ＿ＬＯＣＡＴＩＯＮ ０½７ＦＦＦＦＦＦ１；
＊ 定义数据结构或指针，将 ＩＡＰ ½令表和结果表传递
给 ＩＡＰ ½数 ½½½½½½½½ ½½½½ ½½½½½½½［５½，
½½½½½½½½½ ½½½½ ½½½½½½［２½；
＊ 定义½数类型指针，½数包括两个参数，无返回值
Ｔ½½½½½½ ½½½½（＊ＩＡＰ）
（½½½½½½½½ ½½½［½，½½½½½½½½ ½½½［½）
；
ＩＡＰ ½½½＿½½½½½； ／／ 定义½数指针
4.2 SD 卡文件系统
ＳＤ 卡完成底层驱动后，可按照 ＦＡＴ３２ 文件系统格式
对 ＳＤ 卡上的数据进行操½，进而在 ＳＤ 卡上实现读写文
件等操½。ＦＡＴ３２ 文件系统是微½ ＦＡＴ 类文件系统中的
最高版本，是现今 Ｗ½½½½½½ 下最常用的硬盘文件系统
［５½
。
½读取 ＳＤ 卡中的文件时，首先要根据文件名查找该
文件的信息结构½。根据文件信息结构½中的起始簇号
即可找到数据区第 １ 簇的内容，也可在 ＦＡＴ 表中找到第
２ 个簇号。根据第 ２ 个簇号又½找到第 ２ 簇的内容和 ＦＡＴ
表中的第 ３ 个簇号，直至遇到文件结束标志。这样，就可
根据 ＦＡＴ 表中的簇号读取到全部文件数据
［４½
。以图 ５ 为例，
说明读取 ＳＤ 卡文件的具½步骤：
（１） 先在目½项表中找到与文件名匹配的内容，如
“Ｍ½½½½½”从“Ｍ½½½½½”所对应的目½项中可以读到该文件
的首簇号 ０００４：
（２） 根据首簇号 ０００４ 访问 ＦＡＴ 表，读出首簇号对应的
ＦＡＴ 表项内容 ０００５，即第 ２ 个簇号。根据第 ２ 个簇号再
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＊ 设½½数指针
½½½＿½½½½½＝（ＩＡＰ）ＩＡＰ＿ＬＯＣＡＴＩＯＮ；
＊ 调用 ＩＡＰ 语句
½½½＿½½½½½（½½½½½½½，½½½½½½）
；
新功½和维护系统稳定方面起到了巨大的½用。要注意
的是，该程序设计是在 Ｋ½½½ 下编译通过的，生成的 ＨＥＸ
文件不½直接放入 ＳＤ 卡中，因为该文件与通过 ＩＳＰ 烧写
Ｆ½½½½ 的文件不一样，要½一定的修改。另外，该方案不
仅½用于系统升级，也½用于为程序补丁和写人数据等，
也可用于 ＡＲＭ９。因此该设计方案具有广泛的应用前景。
４．４ 程序实现跳½到任意行代码段执行
现以下例来说明这段程序。如果程序跳½到绝对地址
为 ０½ＦＦＦＦ０ 执行，代码如下：
½½½½½½½ ½½½½（＊½½½） ；／／ 定义一个无参数，无返回
（）
类型的½数指针类型
½½½ ½½½½½½½＝（½½½）０½ＦＦＦＦ０；／／ 定义一个½数指针，
指向跳½的½½ ½½½½½½½（） 调用½数
：／／
在上述应用程序中，
根本没有看到任½一个½数实½，
½是却执行了½数调用。实际上它起到了“½重启”的½
用，跳½到 ＣＰＵ 启动后第一条要执行的指令½½，即实
现了程序的跳½。
参考文献
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技大学 . 2007.
５ 结语
该 设 计 方 案 以 ＬＰＣ２１４８ 为 核 心， 通 过 ＳＤ 卡 驱 动、
ＦＡＴ３２ 文件系统、ＩＡＰ 功½和程序跳½实现了系统升级的
模块设计，并用于实际开发中。该设计增强了系统维护，
缩短了产品的开发周期，节约了大量的人力、财力，增加
了与用户的交流力度。与传统设计相比，在开发时间、成
本和灵活性等方面½占有优势性。该设计已经调试成功，
并½为一个功½模块用于某电子产品上，在产品需要增加
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½½½自《½外电子元器件》２００８年（第１０期）
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