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單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)CF卡的讀寫

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作者:南開大學(xué) 郭振武 李維祥 王文博 時(shí)間:2007-10-09 來源:?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 收藏

  摘要: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)和許多消息類電子產(chǎn)品中。本文詳細(xì)介紹系統(tǒng)中的硬件接口電路,以及對(duì)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)文件讀寫的實(shí)現(xiàn),且寫入的文件能被Windows操作系統(tǒng)讀寫。

    關(guān)鍵詞:CF卡

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)文件格式寫入,在PC機(jī)端通過讀卡器將寫入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,就是從底層對(duì)它進(jìn)行直接操作,包括尋址、創(chuàng)建文件和讀寫等。

1 CF卡簡(jiǎn)介

  CF卡內(nèi)集成了控制器、Flash Memory陣列和讀寫緩沖區(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的讀寫轉(zhuǎn)化成了對(duì)控制器的訪問,這樣不同的CF卡都可以用單一的機(jī)構(gòu)來讀寫,而不用擔(dān)心兼容性問題。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。這種設(shè)計(jì)可以增加CF卡數(shù)據(jù)讀寫的可靠性,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 LevelREQ conf5 conf4 conf3 conf2 conf1 conf0

  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

conf5 conf4 conf3 conf2 conf1 conf0 模  式
0 0 0 0 0 0 Memory map
0 0 0 0 0 1 I/O Mapped,對(duì)應(yīng)16位系統(tǒng)
0 0 0 0 1 0 I/O,對(duì)應(yīng)1F0h-1F7h/3F6h-3F3h
0 0 0 0 1 1 I/O,對(duì)應(yīng)170h-177h/376h-377h

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,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}}

  表2 數(shù)據(jù)寬度選擇

  8位(D7~D0) 8位(D15~D8) 16位 高  阻 
CE1 0 1 0 1
CE2 1 0 0 1

  為了實(shí)現(xiàn)即插即用的功能,CE卡上提供了兩個(gè)用來檢測(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)見參考文獻(xiàn)。

  磁盤的尋址方式有兩種: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)



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