SD安全数字存储卡(Secure Digital Memory Card,简称SD卡)是目前使用最为广泛的移动存储设备之一。SD卡具有小巧轻便、存储容量大、传输数据快和数据安全性高等优点,并且SD卡控制器结构简单,便于集成,使得SD卡在移动媒体设备和消费类电子产品中得到越来越广泛的应用。SD卡已经成为同类存储产品中的主流,而SD卡控制器作为SD卡工作必不可少的一部分,随着SD卡的更新换代,对SD卡控制器进行研究和优化具有很高的实际应用价值。本论文首先结合最新版的SD4.0协议对SD存储卡和SD卡主控制器的相关协议规范做了详细介绍,然后对SD卡控制器的工作原理和总体结构作了详细说明,着重介绍了SD卡与SD主控制器之间的三种总线连接方式和SD主控制器的结构。从SD卡控制器的总体结构入手,介绍了SD4.0新标准下各模块的功能,对其中的几个重点模块：SD_CLK模块、DMA控制模块和Tuning控制模块等进行了Verilog HDL设计,并进行了功能仿真、逻辑综合,同时对整个设计进行了FPGA验证。对SD_CLK模块进行设计时,主要利用了Xilinx FPGA特有的数字时钟管理器(DCM)模块,该模块不仅可以提供稳定的时钟,而且还提供了灵活的频率配置,经过适当配置可以提供不同的SD卡正常工作所需的时钟频率。对DMA控制模块的逻辑设计中,重点设计了双口RAM和RAM的控制部分,细化读操作和写操作,最终完成数据在DMA模式下的传输。采用Tuning控制模块是为了使SD卡工作在高频时,系统时钟能够满足时序要求,本模块的设计中提出最佳采样时钟选择算法,设计了合理的状态机对时钟相位进行调整,得到SD卡工作在高频时的最佳采样时钟,通过功能仿真和FPGA逻辑综合,本模块的设计达到要求,从而保证了数据传输的可靠性。最后对整个设计进行了FPGA板级验证,包括对FPGA开发板进行了简要介绍,然后根据本控制器的设计要求进行了各项验证,并将几种不同类型的SD卡分别在本控制器和一般读卡器上的读写速度进行了对比,验证结果符合设计要求。本论文研究基于最新的SD卡协议,具有很强的实际用途,如数码相机,手机,笔记本电脑等。本设计经后端IC部门整合后可以流片出来投放市场。值得一提的是,上述工作是本人在凹凸电子(武汉)有限公司开展的,该项目取得了阶段性成果。