Intel Xscale PXA255嵌入式處理器與CF卡的硬件接口

在True IDE模式下，某些信號(hào)有特殊的含義，必須采用True IDE模式下特有的設(shè)置方法。如表1所示，nCE1是任務(wù)文件寄存器片選信號(hào)，低電平有效;nCE2是交替狀態(tài)(Alternate Status)寄存器和設(shè)備控制(Device Control)寄存器片選信號(hào)，也是低電平有效。因?yàn)閷?shí)際操作中，極少使用交替狀態(tài)寄存器和設(shè)備控制寄存器，所以對(duì)CF卡的操作實(shí)際就是對(duì)任務(wù)文件寄存器的操作。因此，一般設(shè)置nCE1=0，nCE2=1。實(shí)現(xiàn)方法：在CPLD中設(shè)置nCE1=SA_A4，nCE2=not SA_A4。這樣設(shè)置是有根據(jù)的。表1是True IDE模式下I/O編碼表。主機(jī)操作CF卡時(shí)，系統(tǒng)僅使用地址總線A2：0，用于選擇組成任務(wù)文件寄存器的8個(gè)寄存器之一。而地址總線A10：3由主機(jī)接地。因此，nCE1=SA_A4即nCE1=0;nCE2=not SA_A4即nCE2=1。表1中，-CE1=0時(shí)，對(duì)應(yīng)的8個(gè)寄存器統(tǒng)稱(chēng)為任務(wù)文件寄存器。

需要注意的是，在True IDE模式下，nOE不是讀使能信號(hào)，而是CF卡True IED模式的使能信號(hào)。CF卡上電時(shí)，若nOE(PIN9)為0，則CF卡自動(dòng)進(jìn)入True IDE模式;若nOE=1則進(jìn)入PC Card 模式。當(dāng)電源一直接通時(shí)，熱拔插CF卡將會(huì)使其從原來(lái)的True IDE模式重新配置成PC Card模式。因此，熱插拔過(guò)程中，為了使CF卡工作在True IDE模式，需要在CF卡加電啟動(dòng)的時(shí)侯，同時(shí)將nOE信號(hào)接地。實(shí)現(xiàn)的方法：在CPLD中將nOE置0。True IDE模式下，nWE也不用作寫(xiě)使能信號(hào)，而應(yīng)該由主機(jī)將之接地。處理方法：在CPLD中將其只置為1。

還有一點(diǎn)需要注意的是： Reset信號(hào)在True IDE 模式下低電平有效，而在其它模式下高電平有效。將Reset信號(hào)接到PXA255的系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)Reset_SYS。

True IDE模式下，PXA255處理器與CF卡的硬件接口電路如圖3所示。

在圖3中，D15：0為數(shù)據(jù)總線。RDnWR信號(hào)用來(lái)控制數(shù)據(jù)總線的方向(系統(tǒng)處于讀狀態(tài)時(shí)，RDnWR=1;系統(tǒng)處于寫(xiě)狀態(tài)時(shí)，RDnWR=0)。 nPSKTSEL信號(hào)用作數(shù)據(jù)總線的傳輸使能。SA_A10：0(CF_A10：0)為地址總線。在True IDE 模式下，CF卡的PSKTSEL引腳是主從(Master/Slave)選擇信號(hào)：當(dāng)PSKTSEL懸空時(shí)，CF卡是Slave設(shè)備;當(dāng) PSKTSEL=0時(shí)，CF卡是Master設(shè)備。設(shè)計(jì)僅采用一個(gè)CF卡插槽，所以將PSKTSEL接地。在TRUE IDE模式下，REG信號(hào)沒(méi)有用處，應(yīng)該接電源VCC。IREQ是中斷請(qǐng)求信號(hào)。利用IREQ信號(hào)，PXA255處理器可以判斷CF卡是否處于讀寫(xiě)忙狀態(tài)，對(duì)CF卡進(jìn)行讀寫(xiě)之前利用此引腳判斷CF卡是否空閑。nWAIT信號(hào)用于指示讀寫(xiě)操作正在進(jìn)行，請(qǐng)求處理器等待。

3. CF卡熱插拔、即插即用功能的實(shí)現(xiàn)

在自身設(shè)計(jì)上，CF卡注重軟硬件兩方面的配合。軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)CF卡熱插拔、即插即用的功能。

一是硬件提供判斷條件。CF卡硬件電路提供了兩個(gè)用來(lái)檢測(cè)CF卡是否存在的引腳(nCD1和nCD2)。nCD1和nCD2的有效電平均為低電平，當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到與其相連的nCD1和nCD2引腳同時(shí)為低電平時(shí)，可判斷出CF卡與主機(jī)相連;當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到與其相連的nCD1和nCD2兩個(gè)引腳不同時(shí)為低電平，則可判斷出CF卡未與主機(jī)相連。

表1：True IDE模式I/O編碼

二是軟件。首先定義全局變量(如：Cf_IsInsert)，用于記錄CF卡是否與主機(jī)相連：當(dāng)Cf_IsInsert為0時(shí)表示CF卡未與主機(jī)相連;當(dāng) Cf_IsInsert為1時(shí)表示CF卡與主機(jī)相連。然后，在每次操作CF卡之前都先檢測(cè)CF卡的nCD1和nCD2引腳。當(dāng)檢測(cè)到nCD1和nCD2引腳同時(shí)為低電平(有卡插入)且Cf_IsInsert為0時(shí)，復(fù)位CF卡，重新檢測(cè)CF卡的FAT表，統(tǒng)計(jì)還有多少剩余空間可以分配。檢測(cè)完畢后，置變量 Cf_IsInsert為1，然后設(shè)置MECR寄存器CIT比特位。當(dāng)檢測(cè)到nCD1和nCD2引腳同時(shí)為低電平，且Cf_IsInsert為1時(shí)，設(shè)置 MECR寄存器CIT比特位，繼續(xù)CF卡的正常操作。當(dāng)檢測(cè)到nCD1和nCD2引腳為高時(shí)(無(wú)卡插入)，停止CF卡操作，清除MECR寄存器CIT比特位，置變量Cf_IsInsert為0。

讀/寫(xiě)CF卡扇區(qū)程序的編寫(xiě)方法

CF卡的讀寫(xiě)是以一個(gè)扇區(qū)為基本單位的。在讀寫(xiě)一個(gè)扇區(qū)之前必須先指明當(dāng)前需要讀寫(xiě)的柱面、頭和扇區(qū)或LBA地址，然后發(fā)送讀寫(xiě)命令。一個(gè)扇區(qū)的512字節(jié)需要一次性連續(xù)讀出或者寫(xiě)入。主機(jī)讀/寫(xiě)CF卡上一個(gè)文件的過(guò)程是這樣的：

1.CF卡初始化。CF卡上電復(fù)位和統(tǒng)計(jì)剩余空間的大小。

2.CF卡內(nèi)部控制器向CF卡某些寄存器填寫(xiě)必要的信息。如向扇區(qū)號(hào)寄存器填寫(xiě)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的起始扇區(qū)號(hào)或LBA地址、向扇區(qū)數(shù)寄存器填寫(xiě)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)所占的扇區(qū)個(gè)數(shù)、設(shè)置CF卡的扇區(qū)尋址方式等。

3.向CF卡的命令寄存器寫(xiě)入操作CF卡的命令。如寫(xiě)操作向CF卡的命令寄存器寫(xiě)入30H，讀操作向CF卡的命令寄存器寫(xiě)入20H。

4.CF卡有數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求之后，主機(jī)讀寫(xiě)CF卡的數(shù)據(jù)寄存器，從而實(shí)現(xiàn)從CF卡數(shù)據(jù)緩沖讀出數(shù)據(jù)或向CF卡數(shù)據(jù)緩沖寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

5.在執(zhí)行以上操作的過(guò)程中，每執(zhí)行一步，都應(yīng)該檢測(cè)狀態(tài)寄存器，確定CF卡的當(dāng)前狀態(tài)，從而確定下一步應(yīng)該執(zhí)行什么操作(參考狀態(tài)寄存器的BIT位的意義，編寫(xiě)檢測(cè)代碼)。

本文小結(jié)

前面詳細(xì)介紹了CF卡的工作原理、PXA255處理器的PC Card/CF卡控制器的特性，給出了基于PXA255處理器的嵌入式導(dǎo)航設(shè)備存儲(chǔ)系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方案。目前，該設(shè)計(jì)已經(jīng)在印刷電路板上實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。