基于GPIF的USB-ATA解決方案

當(dāng)某個(gè)Interval定義為NDP,在執(zhí)行這個(gè)Interval動(dòng)作時(shí),只是簡(jiǎn)單地延時(shí),用來確定產(chǎn)生指定電平的延續(xù)時(shí)間;而當(dāng)Interval定義為DP時(shí),它將根據(jù)RDY0～RDY5上的輸入信號(hào)狀態(tài),以及內(nèi)部FIFO的可編程標(biāo)志和一個(gè)內(nèi)部自定義的Internal Ready標(biāo)志,將這些信號(hào)進(jìn)行邏輯與、邏輯或,或是進(jìn)行邏輯異或,根據(jù)得到的邏輯結(jié)果在I0～I(xiàn)6中選擇下一個(gè)即將執(zhí)行的Interval。在每個(gè)Interval執(zhí)行時(shí),都可指定CTL0～CTL5輸出用戶指定的狀態(tài)。通過RDY和CTL以及內(nèi)部一些標(biāo)志位的組合,能完成各種復(fù)雜的時(shí)序電路的控制。

1.3 ATA接口

ATA[3]接口是在ST506基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的,它將控制器集成到驅(qū)動(dòng)器中,采用8個(gè)端口寄存器完成對(duì)硬盤的讀寫。這些端口寄存器統(tǒng)稱為命令塊寄存器,各寄存器功能見表1。ATA有兩種工作模式:PIO模式和DMA模式。PIO傳輸模式是由處理器負(fù)責(zé)信息的傳輸,以扇區(qū)為單位,用中斷請(qǐng)求方式與處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。DMA傳輸模式分多點(diǎn)DMA和UDMA兩種方式,其不需要處理器參與整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程,而由I/O口直接將數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器中,從而節(jié)約大量CPU時(shí)間,可更好地處理其他事務(wù)。UDMA中采用了冗余校驗(yàn)技術(shù)(CRC)。控制器對(duì)硬盤的操作分為兩種:8位數(shù)據(jù)的命令操作和16位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸操作。在對(duì)硬盤輸出控制命令前,程序需對(duì)端口完整輸出7字節(jié)的命令塊。其中前六個(gè)端口輸出為參數(shù),最后一個(gè)端口為命令碼。在讀寫數(shù)據(jù)端口時(shí),以512個(gè)字節(jié)作為數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀寫。硬盤執(zhí)行命令后,發(fā)出中斷請(qǐng)求,表示操作結(jié)束(命令傳輸);或置控制器狀態(tài)空閑,表示扇區(qū)請(qǐng)求傳輸(數(shù)據(jù)傳輸)。然后,控制器讀取硬盤狀態(tài)寄存器,檢測(cè)硬盤操作的成功與否。操作正常,則進(jìn)行下一次動(dòng)作;否則,進(jìn)入錯(cuò)誤處理程序。狀態(tài)寄存器各位信息描述見表2。

2 GPIF與ATA接口的硬件連接

GPIF與ATA接口的連接見表3。

其中PB[0..7]和PD[0..7]是雙向FIFO數(shù)據(jù)線,用來連接數(shù)據(jù)線DD[0..15],進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送;PA3連接RESET信號(hào)線,對(duì)硬盤進(jìn)行復(fù)位操作;ADR[0..2]與DA[0..2]連接,對(duì)寄存器選址;RDY0、RDY1分別與IORDY、IOCS16連接,使FIFO分別工作在8位的命令傳輸和16位的數(shù)據(jù)傳輸模式下。

3 軟件設(shè)計(jì)流程

GPIF的程序存儲(chǔ)區(qū)可存儲(chǔ)4組波形的程序代碼。一般情況下存儲(chǔ)的4組波形分別用于單字節(jié)讀、單字節(jié)寫、多字節(jié)連續(xù)讀、多字節(jié)連續(xù)寫。對(duì)不同寄存器的讀寫操作將觸發(fā)指定波形程序代碼的執(zhí)行,例如:讀SGLDATLTRIG寄存器,GPIF將執(zhí)行單字節(jié)讀操作;而寫SGLDATLTRIG寄存器,GPIF則執(zhí)行單字節(jié)寫操作。當(dāng)GPIF處于IDLE方式時(shí),可以對(duì)程序區(qū)進(jìn)行讀寫操作,從而改變波形程序。對(duì)GPIF的編程,可采用CYPRESS公司提供的一個(gè)基于Windows界面的開發(fā)工具。這個(gè)工具使得對(duì)GPIF的編程成為一個(gè)填表式的選擇過程。對(duì)所有選項(xiàng)選擇完畢后,它將自動(dòng)生成C51的源代碼,完成初始化過程。現(xiàn)分別以EZ-USB FX系列和EZ-USB FX2系列中的GPIF為例,實(shí)現(xiàn)ATA接口中的PIO工作模式和UDMA工作模式。

在EZ-USB FX系列里,FIFO只有64字節(jié)大小,BULK端點(diǎn)BUFFER最大也只能設(shè)置為64字節(jié)。因此,用此系列的GPIF實(shí)現(xiàn)ATA接口的PIO模式比較合適。GPIF程序存儲(chǔ)區(qū)分別存儲(chǔ)單字節(jié)讀、單字節(jié)寫、多字節(jié)連續(xù)讀、多字節(jié)連續(xù)寫4條波形程序。單字節(jié)讀、寫操作時(shí),選擇數(shù)據(jù)寬度為8位,完成命令傳輸操作。多字節(jié)讀、寫操作時(shí),選擇數(shù)據(jù)寬度為16位,完成數(shù)據(jù)傳輸操作。USB數(shù)據(jù)上傳給PC機(jī),采用BULK方式。在EZ-USB FX系列中,端點(diǎn)2支持BULK方式,且可以設(shè)置成雙緩沖模式。單字節(jié)讀過程中,總線寬度為8位,RDY0信號(hào)接IORDY引腳,在每個(gè)Interval中可以根據(jù)選定的PIO模式指定合適的延時(shí),也可以對(duì)IORDY信號(hào)采樣,直到指定狀態(tài)出現(xiàn)才繼續(xù)動(dòng)作。圖3是根據(jù)PIO模式4采用GPIF產(chǎn)生的單字節(jié)讀波形。單字節(jié)寫波形的編程類似于單字節(jié)讀過程,如圖4所示。單字節(jié)操作一般用在命令傳輸中,數(shù)據(jù)傳輸則采用多字節(jié)讀寫操作,此時(shí)FIFO寬度為16,長度為64字節(jié)。與單字節(jié)操作不同的是,多字節(jié)讀寫操作在一次讀寫操作完成后,自動(dòng)開始下一次讀寫操作,不需要再次觸發(fā),直到完成指定的次數(shù),從而減少了CPU參與的時(shí)間。在對(duì)一個(gè)扇區(qū)進(jìn)行操作時(shí),總共需要連續(xù)進(jìn)行256次讀寫。為此,設(shè)計(jì)一個(gè)連續(xù)64次讀寫的多字節(jié)讀寫操作程序,調(diào)用4次,則完成對(duì)一個(gè)扇區(qū)的讀寫。PIO模式流程圖如圖5所示。