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zynq7000全可编程soc中的emmc应用技术研究

IT圈 admin 27浏览 0评论

2024年4月28日发(作者:烟长运)

ZYN7000

全可编程

SoC

中的

EMMC

应用技术研究

Q

吴凤柱

,

王斌

,

王永全

,

田宁

()

北京轩宇空间技术有限公司

,

北京

100086

摘要

:

基于

Z

EMMC

的应用进行了深入地分析和研究

首先从硬件配置说明了

EMMC

YNQ7000

全可编程

SoC

,

引脚分配

,

然后结合寻址方式和数据传输模式对

EMMC

的软件操作流程进行阐述

此方案在精简了存储器设计

保证

数据安全性的前提下

,

满足了实际功能需求

,

具有重要的理论意义及工程实际应用价值

关键词

:

扇区寻址

;

ZYNQ7000

;

SoC

;

EMMC

;

ADMA

中图分类号

:

TP311.5

文献标识码

:

A

ResearchonEMMCAlicationTechniueofZYNQ7000APSoC

ppq

,

ofEMMCisexlainedfromtheasectofhardwareconfiurationandthenthesoftwareoerationflowofEMMCisexoundedincombi-

ppgpp

:,

Abstract

Thealicathe

p

inallocation

pppy

a

ypgy

(,)

BeiinunwiseSaceTechnolotdBeiin00086

,

China

jg

S

pgy

L

jg

1

,,,

WuFenzhuWaninWanonuanTianNin

gg

B

g

Y

gqg

,

schememeetstheactualfunctionalreuirementsandhasimortanttheoreticalsinificanceand

p

racticalalicationvalueinenineerin.

qpgppgg

:;

Keords

ZYNQ7000

;

SoC

;

sectoraddressinEMMC

;

ADMA

g

y

w

,

p

remiseofsimlifinemoresinandensurinatasecuritthis

g

m

pyg

m

y

d

gg

d

y

ZYNQ7000

全可编程

SoC

基于

Xilinx

全可编程可扩展

处理平台结构

,

其内部集成了

ARM

公司的双核

Cortex

XA9

处理器系统

(

Processinstem

,

PS

)

ilinx

的可编

g

S

y

,

在数据的完整性

安全性等方面具有显著的优势

相比于普通的存储器

,

EMMC

具有存储器的管理功

2

系统硬件配置

/

ZYNQ7000

全可编程

SoC

PS

端有

2

SDSDIO

[]

控制器

,

其中任意

1

个均可实现

EMMC

存储器的访问

1

。,,

程逻辑单元

(

真正实现了软件

ProrammableLoicPL

)

gg

和硬件的协同设计

,

同时也大大缩短了系统的开发时间

因此

,

ZYNQ7000

全可编程

SoC

在嵌入式领域得到了广

XC7Z100

主控芯片实现的

为了解决大量数据的存储问

,

同时兼顾数据的正确性与安全性

,

采用了在主控芯片

/

SDSDIO

控制器的系统框图如图

1

所示

泛的应用

本文所研究的内容是基于

ZYNQ7000

系列

,

外部挂载嵌入式多媒体卡

(

EmbeddedMultiMediaCard

的解决方案

EMMC

)

1 EMMC

的优势

EMMC

的主要特点是采用多芯片封装技术将

NAND

其具有以下优

Flash

存储器及其控制器设计成一个芯片

,

:

存储容量大

;

简化存储器设计

;

加速产品研发周

;

④NANDFlash

控制器集成了坏块自动管理功能

;

确保

⑤NANDFlash

控制器内嵌了错误检查和纠正算法

,

数据的完整性

/

1 SDSDIO

控制器系统框图

也可

SDIO

的接口既可以通过

PS

端的

MIO

接口实现

,

以利用

P

本文采用的是

ML

端的

EMIO

接口实现

,

IO

接口

敬请登录网站在线投稿

()

g

2020

年第

2

3 7

,

图如图

2

所示

E

MMC

的型号为

THGBMFG6C1LBAIL

基于

ZYNQ7000

系列

XC7Z100

主控芯片的最小系统框备的寻址方式

,

00b

表示字节寻址

,

10b

表示扇区寻址

容量为

8GB

;

DDR3

的型号为

MT41J256M16HA125

,

选用两片组成

3

总容量为

1G

主芯片的

2

位内存模组

,

B

;

1.8V

3.3V

5V

等供电电压

,

最大

2

大扇区为

4K

由所有设备

56GB

容量设备支持

)

B

(

扇区又可分为小扇区和大扇区

,

小扇区为

5

12B

(

;

工作时钟频率为

3

电源模块为最小系统提供

3.3MHz

,

的第

6tendedCardSecificDataReisterECSD

)

3

位说明

pg

了设备具体扇区长度

,

0x00

表示扇区长度为

512B

,

0x01

EMMC

数据手册的扩展卡指定数据寄存器

(

支持

)

Ex-

表示扇区长度为

4KB

本文所使用

EMMC

采用扇区寻

址方式

,

扇区长度为

4KB

4

软件设计流程

/

SDSDIO

控制器与系统存储空间进行数据传输时

使用

DMA

传输方式

,

这样数据传输无需处理器参与

,

2 XC7Z100

主控芯片的最小系统框图

SD

接口

EMMC

连接原理框图如图

3

所示

EMMC

连接到

XC7Z100

主芯片的

PS

部分

BANK501

G

在系统设计中需要配置这些

GPIO

口上

,

PIO

口功能为

,]

110

传输和高级

DMA

(

传输

[

SDMA

)

AdvancedDMA

,

ADMA

)

当传输数据达到

SDMA

传输具有存储边界的限制

,

放了

CPU

的资源

DMA

传输分为单

DMA

(

SinleDMA

,

g

存储边界时

,

SDMA

制器将停止当前传输并

产生中断给

C

需要

PU

,

CPU

对数据传输首地址

进行更新后再继续进行

数据传输

如在存储边

4K

传输

B

的条件下

,

3 EMMC

连接原理框图

配置芯片引脚分配见表

1

信号名称

MMC

_

CMD

MMC

_

D0

MMC

_

D1

MMC

_

D2

MMC

_

D3

MMC

_

CLK

32KB

的数据需要产生

8

次中断才能完成数据

的传输

ADMA

采用分散

聚集的

DMA

算法

,

通过

传输过程中数据在系统

存储空间的存取位置和

规模

ADMA

传输没有

存储边界的限制

,

不需

要产生

C

故显

PU

中断

,

著提高了数据传输效

本文正是基于

AD-

MA

传输进行了

EMMC

操作软件的设计

初始化操作流程如

4

所示

/

读操作

流程如图

5

所示

1

配置芯片引脚分配

_

M

_

5PSIO4801

_

M

_

5PSIO4701

_

M

_

5PSIO4601

_

M

_

5PSIO4901

_

M

_

5PSIO5001

_

M

_

5PSIO5101

ZYNQ

引脚名

描述链表来控制

DMA

3 EMMC

的寻址方式

3.1

字节寻址

电气标准

V4.1

及之前的版本均是采用

32

位域实现字节

字节寻址是指一个字节的数据占一个地址

,

EMMC

3.2

扇区寻址

[

10

]

寻址

,

这种寻址机制允许最大

2GB

EMMC

容量

2GB

的设备寻址方式为扇区寻址

扇区寻址是指一个扇

,

的第

2erationConditionsReisterOCR

)

9

30

位说明了设

g

EMMC

电气标准

V4.2

之后的版本明确规定对于大于

本文从实际的需求

4

初始化操作流程图

区占一个地址

EMMC

数据手册的操作状态寄存器

(

O-

p

出发

,

EMMC

的优

硬件配置

寻址方式

3 8

Microcontrollers&EmbeddedSstems

2020

年第

2

y

www

.

mesnet

.

com

.

cn

应用价值

参考文献

[]

何宾

,

张艳辉

.1XilinxZn000

嵌入式系统设计与实现

yq

7

[]

陶永才

,

巴阳

.

嵌入式系统设计与开发实践

[

北京

:

2M

]

.2

.

[

北京

:

电子工业出版社

,

M

]

.2017.

清华大学出版社

,

2017.

出版社

,

2016.

[]

秦山虎

,

刘洪涛

.

北京

:

电子工业

3ARM

处理器开发详解

[

M

]

.

[]

张石

.

北京

:

机械工

4ARMCortexA9

嵌入式技术教程

[

M

]

.

[]

候殿有

.

嵌入式系统开发基础基于

A5RM9

微处理器

C

语言

业出版社

,

2018.

[]

陈婷

.

哈尔滨

:

黑龙江大

6eMMC

测试系统的软件设计

[

D

]

.

程序设计

[

北京

:

清华大学出版社

,

M

]

.2018.

,

2018.

[]

张诚

.

面向

e

哈尔滨

:

黑龙江

7MMC

协议的

SoC

系统设计

[

D

]

.

[]

徐远超

.

]

计算机应用

8eMMC

可靠性分析与增强对策研究

[

J.

大学

,

2018.

[]

丁红晖

,

马游春

,

苏庆庆

.

基于高速

e9MMC

存储的弹载记录

():

研究

,

2017

,

341133673372.

[]·

MMC

)

10JESD84B50

,

EmbeddedMultiMediaCard

(

eE-

]():

仪设计

[

现代电子技术

,

J.2018

,

4167073

,

78.

)[]

lectricalStandard

(

5.0S.

[]

侯天喜

,

李锦明

,

马林

,

.

基于

e11MMC

128

路数据采集

5

/

读操作流程图

[]

张耀军

,

孙铭

,

王锏

.12Virtex6FPGA

eMMC

控制器设计

]():

系统设计

[

电子技术应用

,

J.2017

,

4397679.

[]():

单片机与嵌入式系统应用

,

J.2016

,

1621013.

和软件操作流程等几个方面对

EMMC

的具体应用进行了详

/。

此解决方案不但简化了存储器设计

,

还保证了

22MBs

数据的安全性和可靠性

,

在嵌入式系统开发中具有一定的

/、

细的论述

,

经实际软件测试

,

写和读速度分别达

12MBs

,

吴凤柱

(

中级软件工程师

)

主要研究方向为嵌入式系统软件设计与

开发

()

责任编辑

:

薛士然

收稿日期

:

2019-09-10

腾讯云与意法半导体宣布合作

,

携手推进

LoRa

开发者生态

双方将围绕腾讯云最新的物联网操作系统

T

TencentOSTinencentOSTinTM32LoRaWAN

软件

y

展开合作

,

y

操作系统中嵌入

S

2

腾讯公司腾讯云

I019

腾讯云

IoT

生态峰会上

,

oT

与横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体宣布

,

,

扩展包

,

方便物联网设备无缝接入腾讯云物联网一站式开发平台

I

加快大规模物联网应用的开发上线速度

oTExlorer

p

平台的流程

,

加快中国物联网开发者的开发速度

,

腾讯

TencentOSTinencentOSTinoRaWAN

组件

作为首

y

产品系列新增

T

y

L

个接受

T

厂商

,

意法半导体将为腾讯提供

S

其中

encentOSTinoRaWAN

移植的微控制器

(

MCU

)

TM32LoRaWAN

软件扩展包

,

y

L

)。

为了简化

L

低资源占用的开源

ITencentOSTinoT

嵌入式操作系统

(

OSoRaWAN

接入腾讯云物联网开发

y

是一款低功耗

包括

S

规范

腾讯云与

STM32MCU

和最新的无线固件更新

(

FUOTA

)

T

的此次合作旨在让任何开发者都可以方便地在

STM32

产品上创建

L

并安全

高效

轻松地访问经腾讯云

IoRaWAN

FUOTA

节点

,

oTExlorer

物联网开发平台验证的全部所需软件

p

组件

,

从而为中国开发者和客户带来更大的开发便利性和更高效率

:

作为

3

背靠

S2

MCU

的市场领导者

,

T

强大的生态系统和物联网相关基础设施等强大优势

,

STM32

自然成为腾讯物联网

双方将致力于为中国物联网开发者和客户提供一流的开发体验

STM32

生态系统支持

,

操作系统的首选合作平台

基于腾讯市场领先的物联网平台

,

结合意法半导体先进的

LoRaWAN

解决方案以及我们强大的

/

意法半导体亚太区微控制器和数字

I

亚太区

IC

产品负责人兼副总裁

oTAI

能力中心及数字营销负责人

ArnaudJulienne

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()

g

2020

年第

2

3 9

2024年4月28日发(作者:烟长运)

ZYN7000

全可编程

SoC

中的

EMMC

应用技术研究

Q

吴凤柱

,

王斌

,

王永全

,

田宁

()

北京轩宇空间技术有限公司

,

北京

100086

摘要

:

基于

Z

EMMC

的应用进行了深入地分析和研究

首先从硬件配置说明了

EMMC

YNQ7000

全可编程

SoC

,

引脚分配

,

然后结合寻址方式和数据传输模式对

EMMC

的软件操作流程进行阐述

此方案在精简了存储器设计

保证

数据安全性的前提下

,

满足了实际功能需求

,

具有重要的理论意义及工程实际应用价值

关键词

:

扇区寻址

;

ZYNQ7000

;

SoC

;

EMMC

;

ADMA

中图分类号

:

TP311.5

文献标识码

:

A

ResearchonEMMCAlicationTechniueofZYNQ7000APSoC

ppq

,

ofEMMCisexlainedfromtheasectofhardwareconfiurationandthenthesoftwareoerationflowofEMMCisexoundedincombi-

ppgpp

:,

Abstract

Thealicathe

p

inallocation

pppy

a

ypgy

(,)

BeiinunwiseSaceTechnolotdBeiin00086

,

China

jg

S

pgy

L

jg

1

,,,

WuFenzhuWaninWanonuanTianNin

gg

B

g

Y

gqg

,

schememeetstheactualfunctionalreuirementsandhasimortanttheoreticalsinificanceand

p

racticalalicationvalueinenineerin.

qpgppgg

:;

Keords

ZYNQ7000

;

SoC

;

sectoraddressinEMMC

;

ADMA

g

y

w

,

p

remiseofsimlifinemoresinandensurinatasecuritthis

g

m

pyg

m

y

d

gg

d

y

ZYNQ7000

全可编程

SoC

基于

Xilinx

全可编程可扩展

处理平台结构

,

其内部集成了

ARM

公司的双核

Cortex

XA9

处理器系统

(

Processinstem

,

PS

)

ilinx

的可编

g

S

y

,

在数据的完整性

安全性等方面具有显著的优势

相比于普通的存储器

,

EMMC

具有存储器的管理功

2

系统硬件配置

/

ZYNQ7000

全可编程

SoC

PS

端有

2

SDSDIO

[]

控制器

,

其中任意

1

个均可实现

EMMC

存储器的访问

1

。,,

程逻辑单元

(

真正实现了软件

ProrammableLoicPL

)

gg

和硬件的协同设计

,

同时也大大缩短了系统的开发时间

因此

,

ZYNQ7000

全可编程

SoC

在嵌入式领域得到了广

XC7Z100

主控芯片实现的

为了解决大量数据的存储问

,

同时兼顾数据的正确性与安全性

,

采用了在主控芯片

/

SDSDIO

控制器的系统框图如图

1

所示

泛的应用

本文所研究的内容是基于

ZYNQ7000

系列

,

外部挂载嵌入式多媒体卡

(

EmbeddedMultiMediaCard

的解决方案

EMMC

)

1 EMMC

的优势

EMMC

的主要特点是采用多芯片封装技术将

NAND

其具有以下优

Flash

存储器及其控制器设计成一个芯片

,

:

存储容量大

;

简化存储器设计

;

加速产品研发周

;

④NANDFlash

控制器集成了坏块自动管理功能

;

确保

⑤NANDFlash

控制器内嵌了错误检查和纠正算法

,

数据的完整性

/

1 SDSDIO

控制器系统框图

也可

SDIO

的接口既可以通过

PS

端的

MIO

接口实现

,

以利用

P

本文采用的是

ML

端的

EMIO

接口实现

,

IO

接口

敬请登录网站在线投稿

()

g

2020

年第

2

3 7

,

图如图

2

所示

E

MMC

的型号为

THGBMFG6C1LBAIL

基于

ZYNQ7000

系列

XC7Z100

主控芯片的最小系统框备的寻址方式

,

00b

表示字节寻址

,

10b

表示扇区寻址

容量为

8GB

;

DDR3

的型号为

MT41J256M16HA125

,

选用两片组成

3

总容量为

1G

主芯片的

2

位内存模组

,

B

;

1.8V

3.3V

5V

等供电电压

,

最大

2

大扇区为

4K

由所有设备

56GB

容量设备支持

)

B

(

扇区又可分为小扇区和大扇区

,

小扇区为

5

12B

(

;

工作时钟频率为

3

电源模块为最小系统提供

3.3MHz

,

的第

6tendedCardSecificDataReisterECSD

)

3

位说明

pg

了设备具体扇区长度

,

0x00

表示扇区长度为

512B

,

0x01

EMMC

数据手册的扩展卡指定数据寄存器

(

支持

)

Ex-

表示扇区长度为

4KB

本文所使用

EMMC

采用扇区寻

址方式

,

扇区长度为

4KB

4

软件设计流程

/

SDSDIO

控制器与系统存储空间进行数据传输时

使用

DMA

传输方式

,

这样数据传输无需处理器参与

,

2 XC7Z100

主控芯片的最小系统框图

SD

接口

EMMC

连接原理框图如图

3

所示

EMMC

连接到

XC7Z100

主芯片的

PS

部分

BANK501

G

在系统设计中需要配置这些

GPIO

口上

,

PIO

口功能为

,]

110

传输和高级

DMA

(

传输

[

SDMA

)

AdvancedDMA

,

ADMA

)

当传输数据达到

SDMA

传输具有存储边界的限制

,

放了

CPU

的资源

DMA

传输分为单

DMA

(

SinleDMA

,

g

存储边界时

,

SDMA

制器将停止当前传输并

产生中断给

C

需要

PU

,

CPU

对数据传输首地址

进行更新后再继续进行

数据传输

如在存储边

4K

传输

B

的条件下

,

3 EMMC

连接原理框图

配置芯片引脚分配见表

1

信号名称

MMC

_

CMD

MMC

_

D0

MMC

_

D1

MMC

_

D2

MMC

_

D3

MMC

_

CLK

32KB

的数据需要产生

8

次中断才能完成数据

的传输

ADMA

采用分散

聚集的

DMA

算法

,

通过

传输过程中数据在系统

存储空间的存取位置和

规模

ADMA

传输没有

存储边界的限制

,

不需

要产生

C

故显

PU

中断

,

著提高了数据传输效

本文正是基于

AD-

MA

传输进行了

EMMC

操作软件的设计

初始化操作流程如

4

所示

/

读操作

流程如图

5

所示

1

配置芯片引脚分配

_

M

_

5PSIO4801

_

M

_

5PSIO4701

_

M

_

5PSIO4601

_

M

_

5PSIO4901

_

M

_

5PSIO5001

_

M

_

5PSIO5101

ZYNQ

引脚名

描述链表来控制

DMA

3 EMMC

的寻址方式

3.1

字节寻址

电气标准

V4.1

及之前的版本均是采用

32

位域实现字节

字节寻址是指一个字节的数据占一个地址

,

EMMC

3.2

扇区寻址

[

10

]

寻址

,

这种寻址机制允许最大

2GB

EMMC

容量

2GB

的设备寻址方式为扇区寻址

扇区寻址是指一个扇

,

的第

2erationConditionsReisterOCR

)

9

30

位说明了设

g

EMMC

电气标准

V4.2

之后的版本明确规定对于大于

本文从实际的需求

4

初始化操作流程图

区占一个地址

EMMC

数据手册的操作状态寄存器

(

O-

p

出发

,

EMMC

的优

硬件配置

寻址方式

3 8

Microcontrollers&EmbeddedSstems

2020

年第

2

y

www

.

mesnet

.

com

.

cn

应用价值

参考文献

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何宾

,

张艳辉

.1XilinxZn000

嵌入式系统设计与实现

yq

7

[]

陶永才

,

巴阳

.

嵌入式系统设计与开发实践

[

北京

:

2M

]

.2

.

[

北京

:

电子工业出版社

,

M

]

.2017.

清华大学出版社

,

2017.

出版社

,

2016.

[]

秦山虎

,

刘洪涛

.

北京

:

电子工业

3ARM

处理器开发详解

[

M

]

.

[]

张石

.

北京

:

机械工

4ARMCortexA9

嵌入式技术教程

[

M

]

.

[]

候殿有

.

嵌入式系统开发基础基于

A5RM9

微处理器

C

语言

业出版社

,

2018.

[]

陈婷

.

哈尔滨

:

黑龙江大

6eMMC

测试系统的软件设计

[

D

]

.

程序设计

[

北京

:

清华大学出版社

,

M

]

.2018.

,

2018.

[]

张诚

.

面向

e

哈尔滨

:

黑龙江

7MMC

协议的

SoC

系统设计

[

D

]

.

[]

徐远超

.

]

计算机应用

8eMMC

可靠性分析与增强对策研究

[

J.

大学

,

2018.

[]

丁红晖

,

马游春

,

苏庆庆

.

基于高速

e9MMC

存储的弹载记录

():

研究

,

2017

,

341133673372.

[]·

MMC

)

10JESD84B50

,

EmbeddedMultiMediaCard

(

eE-

]():

仪设计

[

现代电子技术

,

J.2018

,

4167073

,

78.

)[]

lectricalStandard

(

5.0S.

[]

侯天喜

,

李锦明

,

马林

,

.

基于

e11MMC

128

路数据采集

5

/

读操作流程图

[]

张耀军

,

孙铭

,

王锏

.12Virtex6FPGA

eMMC

控制器设计

]():

系统设计

[

电子技术应用

,

J.2017

,

4397679.

[]():

单片机与嵌入式系统应用

,

J.2016

,

1621013.

和软件操作流程等几个方面对

EMMC

的具体应用进行了详

/。

此解决方案不但简化了存储器设计

,

还保证了

22MBs

数据的安全性和可靠性

,

在嵌入式系统开发中具有一定的

/、

细的论述

,

经实际软件测试

,

写和读速度分别达

12MBs

,

吴凤柱

(

中级软件工程师

)

主要研究方向为嵌入式系统软件设计与

开发

()

责任编辑

:

薛士然

收稿日期

:

2019-09-10

腾讯云与意法半导体宣布合作

,

携手推进

LoRa

开发者生态

双方将围绕腾讯云最新的物联网操作系统

T

TencentOSTinencentOSTinTM32LoRaWAN

软件

y

展开合作

,

y

操作系统中嵌入

S

2

腾讯公司腾讯云

I019

腾讯云

IoT

生态峰会上

,

oT

与横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体宣布

,

,

扩展包

,

方便物联网设备无缝接入腾讯云物联网一站式开发平台

I

加快大规模物联网应用的开发上线速度

oTExlorer

p

平台的流程

,

加快中国物联网开发者的开发速度

,

腾讯

TencentOSTinencentOSTinoRaWAN

组件

作为首

y

产品系列新增

T

y

L

个接受

T

厂商

,

意法半导体将为腾讯提供

S

其中

encentOSTinoRaWAN

移植的微控制器

(

MCU

)

TM32LoRaWAN

软件扩展包

,

y

L

)。

为了简化

L

低资源占用的开源

ITencentOSTinoT

嵌入式操作系统

(

OSoRaWAN

接入腾讯云物联网开发

y

是一款低功耗

包括

S

规范

腾讯云与

STM32MCU

和最新的无线固件更新

(

FUOTA

)

T

的此次合作旨在让任何开发者都可以方便地在

STM32

产品上创建

L

并安全

高效

轻松地访问经腾讯云

IoRaWAN

FUOTA

节点

,

oTExlorer

物联网开发平台验证的全部所需软件

p

组件

,

从而为中国开发者和客户带来更大的开发便利性和更高效率

:

作为

3

背靠

S2

MCU

的市场领导者

,

T

强大的生态系统和物联网相关基础设施等强大优势

,

STM32

自然成为腾讯物联网

双方将致力于为中国物联网开发者和客户提供一流的开发体验

STM32

生态系统支持

,

操作系统的首选合作平台

基于腾讯市场领先的物联网平台

,

结合意法半导体先进的

LoRaWAN

解决方案以及我们强大的

/

意法半导体亚太区微控制器和数字

I

亚太区

IC

产品负责人兼副总裁

oTAI

能力中心及数字营销负责人

ArnaudJulienne

敬请登录网站在线投稿

()

g

2020

年第

2

3 9

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