單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)CF卡的讀寫(xiě)

　　摘要：CF卡是一種包含了控制和大容量Flash存儲(chǔ)器的標(biāo)準(zhǔn)器件，具有容量大、體積小、高性能、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和許多消息類(lèi)電子產(chǎn)品中。本文詳細(xì)介紹CF卡在單片機(jī)系統(tǒng)中的硬件接口電路，以及單片機(jī)對(duì)CF卡進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)文件讀寫(xiě)的實(shí)現(xiàn)，且寫(xiě)入的文件能被Windows操作系統(tǒng)讀寫(xiě)。

    關(guān)鍵詞：CF卡 單片機(jī) FAT文件格式

引言

　　由于CF卡（Compact Flash Card）具有容量大、體積小、高性能、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，而且讀寫(xiě)速度快，可與多種電腦操作系統(tǒng)平臺(tái)兼容，因此在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄或與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存多采用CF卡。為了在PC機(jī)中能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在下位機(jī)端必須采用一種標(biāo)準(zhǔn)的格式組織數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)按照Windows標(biāo)準(zhǔn)文件格式寫(xiě)入，在PC機(jī)端通過(guò)讀卡器將寫(xiě)入CF的內(nèi)容以標(biāo)準(zhǔn)文件形式讀出。Windows標(biāo)準(zhǔn)文件格式有FAT、FAT32和NTFS?？紤]到廣泛使用的Windows 98系統(tǒng)的CF卡的容量等因素，通常采用FAT（File Allocation Table）文件系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)CF卡的讀寫(xiě)，就是從底層對(duì)它進(jìn)行直接操作，包括尋址、創(chuàng)建文件和讀寫(xiě)等。

1 CF卡簡(jiǎn)介

　　CF卡內(nèi)集成了控制器、Flash Memory陣列和讀寫(xiě)緩沖區(qū)，如圖1所示。內(nèi)置的智能控制器，使外圍電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，而且完全符合PC機(jī)內(nèi)存卡的國(guó)際聯(lián)合會(huì)PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association）和ATA（Advanced Technology Attachment）接口規(guī)范。實(shí)際上，控制器起到了一種協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用，即將對(duì)Flash Memory的讀寫(xiě)轉(zhuǎn)化成了對(duì)控制器的訪問(wèn)，這樣不同的CF卡都可以用單一的機(jī)構(gòu)來(lái)讀寫(xiě)，而不用擔(dān)心兼容性問(wèn)題。CF卡的緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)，使得外部設(shè)備與CF卡通信的同時(shí)，CF卡的片內(nèi)控制器可以對(duì)Flash進(jìn)行讀寫(xiě)。這種設(shè)計(jì)可以增加CF卡數(shù)據(jù)讀寫(xiě)的可靠性，同時(shí)提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　CF卡支持多種接口訪問(wèn)模式，有符合PCMCIA規(guī)范的Memory Mapped模式、I/O Card模式和符合ATA規(guī)范的True IDE模式。上電時(shí)，OE（9腳）為低電平，CF卡進(jìn)入True IDE模式，此時(shí)引腳OE也叫ATA SEL；上電時(shí)，OE（9腳）為高電平，CF卡進(jìn)入PCMCIA模式，即Memory Mapped模式或I/O Card模式，此時(shí)可通過(guò)修改配置選項(xiàng)寄存器進(jìn)入相應(yīng)的模式。

　　配置選項(xiàng)寄存器格式如下：

　　SRESET—軟復(fù)位信號(hào)；

　　Level REQ—中斷模式選擇（電平或邊沿觸發(fā)）。

　　例如，要加入Memory mapped模式，只需要在上電時(shí)保證OE為高電平，因?yàn)榕渲眠x項(xiàng)寄存器的conf5～conf0位的初始化值為“00000”；而要進(jìn)入I/O Card模式，除了上電時(shí)保證OE為高電平外，還要進(jìn)一步設(shè)置conf5～conf0，如表1所列。但是對(duì)于具體型號(hào)的CF卡而言，下面三種情況也是被CFA（CF card Association）所允許的：①上電時(shí)進(jìn)入True IDE模式，工作過(guò)程中，只要監(jiān)測(cè)到OE變?yōu)楦?，就退出True IDE模式；②允許卡在復(fù)位時(shí)重新配置；③上電時(shí)進(jìn)入PCMCIA模式，允許過(guò)程中，只要監(jiān)測(cè)到OE變?yōu)榈?，就進(jìn)入True IDE模式。

　　表1 模式選擇

2 CF卡與51單片機(jī)的接口

　　CF卡在PC Memory方式與51芯片的接口電路如圖2所示。由于采用CF卡上電后自動(dòng)進(jìn)入的Memory模式，而且不存在對(duì)特性寄存器的讀寫(xiě)，故可將REG接高電平。片選信號(hào)CE1和CE2組合可選擇數(shù)據(jù)位寬度，如表2所列。圖2中CE2接VCC，選用的是8位（D7～D0）數(shù)據(jù)寬度。{{分頁(yè)}}

　　表2 數(shù)據(jù)寬度選擇

　　為了實(shí)現(xiàn)即插即用的功能，CE卡上提供了兩個(gè)用來(lái)檢測(cè)卡是否存在的引腳（CD1、CD2），由卡內(nèi)部接地。當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到與其相連的CD1和CD2兩個(gè)引腳同時(shí)為低電平時(shí)，可判斷出卡與主機(jī)相連；否則，卡未與主機(jī)相連。

　　由于I/O口緊張，RDY/BSY引腳懸空不用，通過(guò)查詢狀態(tài)寄存器能判斷CF卡是否準(zhǔn)備就緒。在實(shí)際應(yīng)用中，由于一次至少要讀寫(xiě)一個(gè)扇區(qū)512字節(jié)，所以要擴(kuò)充一塊RAM。我們選用的是62256，容量為32KB，這樣便可以支持大到2GB的CF卡（參見(jiàn)下文），增加了其擴(kuò)展性。

3 FAT文件系統(tǒng)

　　FAT文件系統(tǒng)是基于DOS的文件系統(tǒng)。常說(shuō)的FAT有12位的FAT12和16位的FAT16，另外就是32位的FAT32?？紤]到CF卡的容量有限，宜選用FAT16。這里只對(duì)FAT文件系統(tǒng)作一簡(jiǎn)單介紹，更詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)。

　　磁盤(pán)的尋址方式有兩種：物理尋址C/H/S（柱面/磁頭/扇區(qū)）方式和邏輯塊LBA（Logical Block Addressing）尋址方式。二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

　　LBA地址=（柱面號(hào)