随着移动手持设备功能的不断增加,在设计专用系统芯片时,为满足用户对新功能的要求,芯片要不断增加新的功能模块。从设计、制造周期和成本方面考虑,在芯片上增加功能扩展接口来实现新功能也是一种好的解决方案。本文介绍的是一种极具发展前景的功能扩展接口——安全数字输入/输出(SDIO)接口。本文首先介绍了SDIO控制器的设计需求,包括SDIO的命令与数据流格式、重要命令和SDIO卡内部存储区的结构。阐述了SDIO控制器的硬件设计方案,硬件包括命令控制器、数据控制器、中断控制器与时钟功耗控制器四个主要部分,具体论述了上述各模块的主要功能和实现方法。实现了SDIO控制器软件驱动,包括命令控制与数据传输驱动、对即插即用的支持和文件系统。建立了基于ARMulator的高层模型,通过高层模型仿真,评估了SDIO控制器FIFO的性能和参数。最后本文详细验证了SDIO设计,采用基于覆盖率驱动的受限随机验证方法全面验证SDIO控制器的RTL设计;利用FPGA从系统和卡兼容性的角度验证了SDIO控制器。验证结果表明:SDIO控制器各部分控制模块设计合理、工作正常,在25MHZ时钟、多数据线传输模式下的SD存储卡读写传输平均速度分别达到8116.98Kbyte/s和7461.06Kbyte/s。