基于DSP的CompactFlash卡接口設(shè)計(jì)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，小型化、大容量、低功耗、智能型是未來存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展方向。近年來，各種小型存儲(chǔ)媒體不斷問世，在便攜式設(shè)備中應(yīng)用廣泛。這些存儲(chǔ)媒體大多以Flash Memory(閃爍存儲(chǔ)器)為主要載體，內(nèi)部用微處理器進(jìn)行時(shí)序控制和存儲(chǔ)管理，通常做成非易失性存儲(chǔ)卡形式。

目前常見的存儲(chǔ)卡類型有：①M(fèi)ultiMedia Card(多媒體卡)；②CompactFlash Card(快閃磁盤卡)；③SmartMedia Card(智能媒體卡)；④memoryStick(記憶棒)。各存儲(chǔ)卡在功耗、體積、容量等方面各有特色，但它們之間的接口目前還互不兼容。
CompactFlash 卡(以下簡(jiǎn)稱CF卡)最先由SanDisk 公司于1994年生產(chǎn)，隨后CFA CompactFlash Association 協(xié)會(huì)(它是一個(gè)由國(guó)際著名IT公司為了共同利益而成立的非盈利機(jī)構(gòu))于1995年10月成立并陸續(xù)制訂了詳細(xì)的CompactFlash 存儲(chǔ)卡統(tǒng)一規(guī)范，該規(guī)范目前已成為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

由于CF卡容量大、價(jià)格低，接口兼容磁盤IDE、ATA及Memory等格式，和其它存儲(chǔ)卡相比，CF卡使用越來越普遍。在大容量便攜式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸過程中，CF卡有著非常廣泛的應(yīng)用前景，如數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、數(shù)字式錄音機(jī)、筆記本電腦、手提電話、機(jī)頂盒等。預(yù)計(jì)今后在其它領(lǐng)域?qū)⒂懈鼮閺V泛的應(yīng)用。另外，隨著DSP技術(shù)的飛速發(fā)展，由DSP快速處理的大量數(shù)據(jù)需要大容量的存儲(chǔ)媒體進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存、轉(zhuǎn)移等?？紤]到CF卡和DSP相比接口速度較慢，因而DSP不能直接和CF卡接口兼容，為了實(shí)現(xiàn)DSP對(duì)CF卡的數(shù)據(jù)訪問和管理功能，本文給出了基于DSP的CF卡接口設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)在多個(gè)科研項(xiàng)目中得到了應(yīng)用和推廣。

1 CF卡簡(jiǎn)介
目前有許多公司生產(chǎn)CF卡產(chǎn)品，由于CF卡已成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各公司生產(chǎn)的CF卡均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，只是存儲(chǔ)容量、扇區(qū)緩沖器大小、訪問速度、平均無故障時(shí)間、工作溫度、糾錯(cuò)編碼等指標(biāo)略有差異(這些差異在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi))。CF卡主要技術(shù)指標(biāo)如下：
(1)結(jié)構(gòu)先進(jìn)，以SanDisk公司為代表的CF卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

外部和主機(jī)接口采用50芯雙列0.05英寸間距物理連接。CF卡內(nèi)部采用一個(gè)微控制器(MCU)管理數(shù)據(jù)訪問格式、接口控制時(shí)序等；一個(gè)512Byte以上的雙端口扇區(qū)緩沖器SRAM BUFFER 和DMA控制器，用于和外部進(jìn)行快速數(shù)據(jù)交換；一個(gè)256Byte的固化只讀存儲(chǔ)器Firmware Storage ，放置該CF 卡的特征信息CIS Card Information Structure ，內(nèi)容包括扇區(qū)總數(shù)、柱面數(shù)、磁頭數(shù)、每磁道扇區(qū)數(shù)、公司序列號(hào)等；一個(gè)電源管理單元(PMU)可使CF卡在空閑時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，進(jìn)行有效的電源管理，降低系統(tǒng)功耗。先進(jìn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使CF卡能支持多種接口訪問模式，如Memory Card 模式、I/O Card模式和True IDE模式等。
(2)訪問速度快，寫入FLASH速度可維持在1.4Mbyte/s。
(3)體積小，尺寸為36.4mm×42.8mm×3.3mm。
(4)容量大，常見的有8、12、16、24、32、48、64、96、128、256、348、512MByte等隨著超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，目前CF卡的TYPE II型容量已經(jīng)達(dá)到了1.2GByte。
(5)無機(jī)械結(jié)構(gòu)，抗沖擊(達(dá)2000G)，耐震動(dòng)(達(dá)15G)。
(6)可靠性高，有效的數(shù)據(jù)保護(hù)及糾錯(cuò)編碼技術(shù)，使得CF卡平均無故障工作時(shí)間達(dá)一百萬小時(shí)。
(7)供電靈活，支持5V或3.3V電源電壓。
(8)具有熱插拔、掉電時(shí)數(shù)據(jù)不丟失、保存數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)、可重復(fù)擦寫(一百萬次)等特點(diǎn)。

2 CF卡與DSP接口硬件設(shè)計(jì)
2.1 CF卡接口簡(jiǎn)述
CF卡采用50腳雙列0.05英寸細(xì)間距標(biāo)準(zhǔn)接口，管腳排列如表1所示。

其電氣特性符合ATA/IDE磁盤接口規(guī)范，可直接插入PCMCIA TypeII適配卡中。支持5V和3.3V電源工作，允許不同系統(tǒng)對(duì)硬件和軟件的設(shè)計(jì)要求。數(shù)據(jù)訪問以512Byte為一個(gè)扇區(qū)單元，完全和磁盤接口兼容，可用Memory mapped、IDE等格式進(jìn)行訪問。由于IDE 訪問模式涉及到復(fù)雜的文件管理，為了節(jié)省系統(tǒng)資源及簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)由DSP實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)計(jì)并采用Memory mapped訪問方式。另外，CF卡的上電缺省模式即是Memory mapped，免去了繁瑣的寄存器設(shè)置。CF的數(shù)據(jù)總線寬度為16bits，由－CE1和－CE2腳控制，可允許8位或16位訪問。其詳細(xì)的管腳定義見參考文獻(xiàn)1 。