在自动化测试与控制设备研发中，随着数据信息量越来越大，而设备也越来越轻巧便携，对大容量、高速率、小体积的数据存储技术需求也越来越迫切。传统的存储媒介技术成熟，但是也存在容量、速率或者体积方面的缺陷，而Micro SD卡具有容量大、体积小和速率高的优势，而且具备热插拔、写保护、数据加密等一些优良特性，在消费电子中得到普遍的应用。本文以数字系统设计的主要硬件平台FPGA为基础，设计了基于FPGA的Micro SD卡控制器，将Micro SD卡的大容量、高速率、小体积优势应用到自动化测试与控制系统中，以提供新的存储方案。本文以SD卡3.0规范为基础，主要实现了Micro SD卡控制器的SD总线4-bit模式逻辑设计和对UHS-I速度模式的支持。首先根据应用需求及结构清晰、使用方便和工作稳定的设计原则，设计了Micro SD卡控制器的总体结构，依据自顶向下的模块化设计方法，将控制器的模块分为物理层接口模块、基本功能模块和核心流程主控模块三大类：物理层接口模块分为命令发送、响应读取、数据读取、数据写入等模块，实现与Micro SD卡通信的物理层功能；基本功能模块主要实现控制器的功能管理，包括时钟管理、CRC校验等基本功能模块；核心流程主控模块是整个控制器的控制中枢，根据用户命令实时调用各个物理层接口模块或者基本功能模块完成数据读写任务。在此基础上，着重实现了UHS-I速度模式下的关键设计，包括电压的实时切换、速度模式转换和数据采样与同步及时序约束，其中主要采用了动态相位调整技术来实现对Micro SD卡的数据采样与同步。最后本文以自底向上的测试方法，先对各个子模块的时序仿真调试再联合调试，并进行了功能和指标的测试。测试结果表明，本文所设计的基于FPGA的Micro SD卡控制器能够支持SD卡3.0规范，支持最新的SDXC类型存储卡（容量可达64G），支持SD总线4-bit模式，并支持该模式下的UHS-I速度模式，数据读写速率约为35MB/s，数据传输经过CRC校验，工作稳定可靠。本文所研究设计的Micro SD卡控制器结构清晰、使用方便、工作稳定可靠，能够为小型化、大容量、高速率的存储技术需求提供新的存储方案，发挥了Micro SD卡的小体积、大容量、高速率数据存储优势。