CF卡的IDE總線適配器設(shè)計(jì)

　　CF卡的全稱為“Compact Flash”卡，意為“標(biāo)準(zhǔn)閃存卡”，是最早由Sandisk公司于1994年 推出的，Compact Flash技術(shù)是由Compact Flash協(xié)會(huì)（CFA）提出的一種與PC機(jī)ATA接口標(biāo)準(zhǔn) 兼容的技術(shù)，與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接非常方便。CF卡具有高速度、大容量、體積小、重量輕、 功耗低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，相機(jī)、掌上電腦、隨身聽(tīng)上都可能用到閃存卡。如今以 柯達(dá)、佳能、尼康、奧林巴斯等影像巨頭為核心組成的CF卡標(biāo)準(zhǔn)組織現(xiàn)有成員約250家，涵蓋了幾乎所有數(shù)碼相機(jī)生產(chǎn)廠商，使用CF卡的數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)超過(guò)300款。

　　CF卡使用FLASH作為存儲(chǔ)媒介，無(wú)需供電也能保存資料，而且工作時(shí)耗電量也很低，3.3 V，5 V外電壓通用，其耗電量只相當(dāng)于傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備如磁帶、硬盤的3%或更低，適合用在移 動(dòng)設(shè)備上。CF卡容量不斷提升，目前CF卡存儲(chǔ)容量達(dá)到2 G，存取速度也不斷提高，目前最快的CF卡約可以達(dá)到5 MB/s讀和4 MB/s寫(xiě)的速度。

　　1CF卡工作原理及接口標(biāo)準(zhǔn)

　　CF卡由2個(gè)基本部分組成，如圖1所示：控制芯片和閃存模塊組，控制芯片用來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的連 接及控制數(shù)據(jù)在閃存模塊中的傳輸，閃存用于存儲(chǔ)信息。CF卡內(nèi)部控制器設(shè)計(jì)完全模擬硬盤，最大的特色是兼容性好，無(wú)論采用多大容量的閃存芯片組，其外部接口都是標(biāo)準(zhǔn)的ATA/ID E接口，可以很容易地通過(guò)IDE接口與電腦連接，而且早已實(shí)現(xiàn)無(wú)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，使用非常方便。 由于CF卡內(nèi)置控制器和仿硬盤的設(shè)計(jì)，也簡(jiǎn)化了CF卡適配器的設(shè)計(jì)。

　　CF卡控制器中包含2組寄存器：命令寄存器和控制寄存器。當(dāng)CF卡工作在存儲(chǔ)器方式時(shí)，按照ATA標(biāo)準(zhǔn)以寄存器方式傳送數(shù)據(jù)、命令和地址，命令寄存器用來(lái)接受命令和傳輸數(shù)據(jù)，控 制寄存器用來(lái)進(jìn)行磁盤控制，命令寄存器組的地址空間為1F0H～1FFH；當(dāng)CF卡工作在I/O方 式時(shí)，控制寄存器組主要用于控制CF卡的工作方式，命令寄存器組被分配在與ATA標(biāo)準(zhǔn)兼容 的地址空間，地址空間為IF0H～1F7H和3F6H～3F7H。

　　CF卡與硬盤相似，但他沒(méi)有機(jī)械結(jié)構(gòu)，沒(méi)有磁頭和磁道的轉(zhuǎn)換操作，因此在訪問(wèn)連續(xù)扇區(qū)時(shí)，操作速度比物理尋址方式快，操作以虛擬方式進(jìn)行。CF卡的寄存器包括以下7種：

　　數(shù)據(jù)寄存器（R/W）用于對(duì)扇區(qū)的讀寫(xiě)操作，主機(jī)通過(guò)該寄存器向CF卡卡控制器寫(xiě)入或從CF卡控制寄存器讀出扇區(qū)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)；

　　錯(cuò)誤寄存器（R）和特性寄存器（W）錯(cuò)誤寄存器反映控制寄存器在診斷方式或操作方式下的錯(cuò)誤原因。特性寄存器一般情況下不使用。

　　扇區(qū)數(shù)寄存器（R/W）記錄讀、寫(xiě)命令的扇區(qū)數(shù)目。

　　扇區(qū)號(hào)寄存器（R/W）記錄讀、寫(xiě)和校驗(yàn)命令指定的起始扇區(qū)號(hào)。

　　柱面號(hào)寄存器（R/W）記錄讀、寫(xiě)、校驗(yàn)和尋址命令指定的柱面號(hào)。

　　驅(qū)動(dòng)器/磁頭寄存器（R/W）記錄讀、寫(xiě)、校驗(yàn)和尋道命令指定的驅(qū)動(dòng)器號(hào)、磁頭號(hào)和尋址方式（CHS模式或LBA模式）。?

　　狀態(tài)寄存器（R）和命令寄存器（W）狀態(tài)寄存器反映CF卡驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行命令后的狀態(tài)，讀該寄存器要清除中斷請(qǐng)求信號(hào)，命令寄存器接收主機(jī)發(fā)送的CF卡工作的控制命令。

　　CF卡的扇區(qū)尋址有2種方式：物理尋址方式（CHS）和邏輯尋址方式（LBA）。物理尋址方式使用柱面、磁頭和扇區(qū)號(hào)表示一個(gè)特定的扇區(qū),起始扇區(qū)是0磁道、0磁頭、1扇區(qū)，接下來(lái)是2扇區(qū)，一直到EOF扇區(qū)；接下來(lái)是同一柱面1頭、1扇區(qū)等。邏輯尋址方式將整個(gè)CF卡統(tǒng)一尋址。邏輯塊地址和物理地址的關(guān)系為：

　　LBA地址=(柱面號(hào)×磁頭數(shù)+磁頭號(hào))×扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)數(shù)-1Compact Flash協(xié)會(huì)制定的CF+/Compact Flash標(biāo)準(zhǔn)接口是50引腳，分成2排，每排25個(gè)。CF卡不是硬盤那樣的針型接口而是50 mil(1.27 mm)的孔型接口，因此不容易被損壞，表1為 CF卡引腳定義。CF+是Compact Flash的衍生技術(shù)規(guī)格，物理規(guī)格和CF完全相同。但CF+卡并不是CF卡那樣的ATA閃存存儲(chǔ)器，而主要是I/O設(shè)備，如CF串口卡、CF藍(lán)牙、CF USB卡、CF網(wǎng)卡、CF GPS卡、CF GPRS卡等。 CF卡分為2類：Type I和Type II，二者只在物理外型上有所區(qū)別（見(jiàn)圖2為Type II型）。

　　2CF卡IDE總線接口適配器設(shè)計(jì)與制作

　　適配器電原理如圖3所示。適配器主要由2個(gè)部分組成，K1是IDE BUS的聯(lián)接器，K2是CF卡片的聯(lián)接器。CF卡允許在3個(gè)不同的模式中使用，當(dāng)CF卡聯(lián)結(jié)器K2中引腳 9連接于GND時(shí)，CF卡是“真實(shí) IDE”模式，在這個(gè)模式中，CF卡的外部特性同硬盤機(jī)的IDE 接口類似。

　　發(fā)光二極管D1使CF卡的讀寫(xiě)過(guò)程可見(jiàn)，R1決定流過(guò)Ｄ1的電流，通常限定在10 mA左右。CF卡連接器引腳39經(jīng)由電阻R2被連接到+5 V，這時(shí)CF卡在IDE BUS上當(dāng)作mas ter使用。如果引腳39經(jīng)由JP1置于地，CF卡片將會(huì)當(dāng)作slave用在IDE BUS上。C1和C2為去耦電容器。

　　K3用來(lái)連接電源電壓。CF卡只需要+5 V電壓接地，可連接在PC機(jī)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源剩余的電源連線上。

　　制作完成后，JP1應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置，如果在本機(jī)IDE接口上已經(jīng)接有硬盤或CDROM，并且被配置成master，那么CF卡應(yīng)配置成slave，否則CF卡應(yīng)配置成master。

　　余下的問(wèn)題是在計(jì)算機(jī)面板上選取一個(gè)空白的位置，設(shè)法固定適配器板。為防止CF卡插反，應(yīng)選用帶定位槽的CF卡插座。

　　3CF卡的使用

　　由于Windows 95以上的所有操作系統(tǒng)都內(nèi)置PCMCIA接口的IDE硬盤控制器驅(qū)動(dòng)程序，WindowsMe以上的操作系統(tǒng)也加入了對(duì)USB，IEEE1394接口移動(dòng)磁盤的支持，所以只要為簡(jiǎn)單的接口控制器（轉(zhuǎn)接器）加上CF卡，就可以直接在電腦上使用。

　　當(dāng)?shù)谝淮卧谟?jì)算機(jī)上連接CF卡片時(shí)，Windows會(huì)報(bào)告一個(gè)Driver新的裝置正被安裝，將會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器圖標(biāo)，而且驅(qū)動(dòng)程序是自動(dòng)安裝的。在驅(qū)動(dòng)器被安裝后，Windows會(huì)自動(dòng)識(shí)別CF卡片，如一種硬盤磁碟機(jī)，而且能以平常的方式讀寫(xiě)文件。為了安全起見(jiàn)，只有當(dāng)個(gè)人計(jì)算機(jī)斷電時(shí)，才可插入或除去CF卡。