CF卡在手機測試系統中的應用
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引言
目前，手機作為日常生活中一種重要的通信工具，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。它的最大特性就是方便易攜帶。那么，如何保證手機在不同地理位置的條件下仍然具有優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，進(jìn)而保證其通話(huà)質(zhì)量，成為移動(dòng)通信部門(mén)的一種研究課題。為此，需要一種設備能夠測試出手機處于不同地理位置，不同時(shí)間的各種網(wǎng)絡(luò )參數來(lái)加以分析，即“便攜式手機測試記錄儀”。它能夠將手機的各種網(wǎng)絡(luò )數據從手機串口傳送到存儲設備；存儲設備將數據存儲下來(lái)，達到一定數目，再通過(guò)串行上載到PC機；在PC機上利用分析軟件來(lái)進(jìn)行數據分析，從而達到測試的目的。在此測試過(guò)程中，由于系統要求處理大量的數據，一般的存儲器如EEPROM等很難達到要求，同時(shí)，系統要求數據在舊電時(shí)不丟失，即要求數據存儲的非易失性，因此不能使用易失性的存儲器如SRAM、SDRAM等。為此，在系統中采用了一種新型存儲裝置，即CF卡（Compact Flash Card）。
1 CF卡簡(jiǎn)介
Flash存儲器是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種存儲器，屬于非揮發(fā)性?xún)却妫∟on-Volatile,即斷電數據也能保存）。它具有EEPROM電擦除的特點(diǎn)，還具有低功耗、密度高、體積小、可靠性高、可擦除、可重寫(xiě)、可重復編程等優(yōu)點(diǎn)。單片機的Flash Memory芯片容量有限，同時(shí)接口邏輯比較特殊，在大數據量場(chǎng)合使用會(huì )使得控制邏輯較為繁瑣。集成了多片Flash存儲器和外部接口、控制機構和協(xié)議的CF卡，可以提供相當可觀(guān)的存儲容量和標準的電氣接口協(xié)議，可以滿(mǎn)足本系統對于數據處理的要求。其內部結構如圖1所示。
CF卡的在很小的體積內集成了控制裝置、Flash Memory陣列和讀寫(xiě)緩沖區。實(shí)際上，控制裝置起到了種協(xié)議轉換的作用，將對Flash Memory的讀寫(xiě)轉化成對ATA協(xié)議控制器的訪(fǎng)問(wèn)。CF卡對于緩沖區的設計使用了一種比緩沖結構，使得外部設備和CF卡通信的同時(shí)，CF卡的片內MCU可以對Flash Memory陣列進(jìn)行讀寫(xiě)。這種設計可以增加CF卡數據讀寫(xiě)的可靠性，同時(shí)提高數據通訊的速率。在實(shí)際系統中，CF卡選用了SST公司的SST48CF096，容量達到了96MB，封裝為252的雙列插座，其工作電壓為+5V/+3.3V，傳輸速率最大可達20MB/s，低功耗30mA/50mA(3.3V/5V)。其典型 應用電路如圖2所示。
CF卡的主要功能引腳為數據線(xiàn)D0～D15，地址線(xiàn)A0～A9，片選及數據選擇CS1、CS0，讀寫(xiě)控制端ATA SEL、WE，寄存器選擇REG，卡讀寫(xiě)忙判斷INTRQ、RESET等。數據線(xiàn)D0～D15用于數據的讀寫(xiě)。CF可以工作于16位數據總線(xiàn)方式也可以工作于8位總線(xiàn)方式。讀寫(xiě)速度上的要求不是很?chē)栏竦那闆r下，為了方便和8位MCU的接口，一般選擇為8位數據總線(xiàn)工作方式。若選擇8位工作方式，CS1應接固定高電平，CS0低電平有效。CF卡在Memory工作方式下，僅地址線(xiàn)A0～A3起作用，用于選擇讀寫(xiě)端口，其余地址線(xiàn)可以接固定電平。REG用于選擇是對CF卡進(jìn)行命令、狀態(tài)讀寫(xiě)還是讀寫(xiě)CF卡的屬性寄存器。REG=1時(shí)讀寫(xiě)命令。在Memory方式下，對CF的控制和數據讀寫(xiě)均是通過(guò)對這幾個(gè)端口的讀寫(xiě)來(lái)實(shí)現的。INIRQ用于判斷CF卡是否處于讀寫(xiě)忙狀態(tài)。出于嚴謹性可以在對CF卡進(jìn)行讀寫(xiě)之前利用此引腳判斷CF卡是否空閑。在數據讀寫(xiě)量較小的情況下，使用一定的延時(shí)即可。
圖2中96MB的CF卡工作于Memory方式，8位數據總線(xiàn)，接口的主控MCU的89C52。單片機按標準的P2、P0口復用方式與CF卡接口。CS0～CS1、REG分別接單片機的P2.6、P2.5、P2.7，端口選擇A3～A0接收經(jīng)373鎖存的低4位地址，CF卡的讀寫(xiě)引腳分別與單片機的讀寫(xiě)信號相接。若把閑置地址引腳接固定電平，則系統分配給CF卡的端口地址為[B000]～[B007]。INTRQ（即BSY/RDY）腳接到單片機的P1.7。
2 系統方案
2.1 硬件實(shí)現
系統采用模塊化設計，由電源控制單元（PU）、單片機控制單元、地址鎖存單元、數據緩沖單元以及存儲單元（CF卡）構成，如圖3所示。測試過(guò)程中，首先由單片機發(fā)送相關(guān)命令參數給手機，手機接收到命令后，經(jīng)由串口輸出網(wǎng)絡(luò )數據。單片機將收到的數據通過(guò)緩沖器再送至CF卡。數據采集完畢后，將CF卡中的數據上傳至PC機，利用上位機分析軟件來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )分析。在實(shí)際系統中，MCU選用的是AT89C52、由于單片機的P0口和P2口采用了引腳復用，所以需要一片地址鎖存，地址鎖存器選用的是74HC373、CF卡的一次讀寫(xiě)操作必須是512字節，而89C52只有256字節的內部RAM，需要在外部擴展一片緩沖器，緩沖器選用的是6116、由于系統是由手機電池統一供電，手機電池輸出電壓為+3.6V，而上述芯片的正常工作電壓為+5V，因此，需要升壓芯片作為電源模塊，選用的是MAX756。
2.2 軟件實(shí)現
2.2.1 CF卡的讀寫(xiě)操作
CF卡采取的是類(lèi)似硬盤(pán)的分塊存儲方式，分為柱面Cylinder、頭Head和扇區Sector管理。對96MB的CF卡而言，共有733個(gè)柱面，每個(gè)柱面8個(gè)頭，每個(gè)頭32個(gè)扇區，每個(gè)扇區512字節（8位）。CF卡的讀寫(xiě)是以一個(gè)扇區為基本單位的，在讀寫(xiě)一個(gè)扇區之前先送出當前需要讀寫(xiě)的柱面、頭和扇區，然后發(fā)送讀寫(xiě)命令，一個(gè)扇區的512字節需要一次性連續寫(xiě)入或者讀出。下面給出對CF卡進(jìn)行讀和寫(xiě)C51程序段：
#define DataPort XBYTE[0xB800]
#define Feature XBYTE[0xB801]
#define SecCount XBYTE[0xB802]
#define SecNo XBYTE[0xB803]
#define CylLow XBYTE[0xB804]
#define CylHigh XBYTE[0xB805]
#define CardHead XBYTE[0xB806]
#define Command XBYTE[0xB807] //定義CF卡端口
void NextSector(){ //讀寫(xiě)下一個(gè)扇區
sector++;
if(sector= =32){//一個(gè)頭的扇區是否全部讀寫(xiě)完畢
sector=0；
head++;
if(head= =16){//一個(gè)柱面的所有頭是否全部讀寫(xiě)完畢
head=0;
cylinder++;
if(cylinder= =733){//所有柱面是否全部讀寫(xiě)完畢
cylinder--;
DiskFull=1;{//標志位置1，表示CF卡容易已滿(mǎn)讀寫(xiě)過(guò)程結束
}
}
}
}
CardHead=0xA0+head; //置當前頭
SecCount=0x01; /*一次讀寫(xiě)一個(gè)扇區
SecNo=sector; //置當前扇區
CylLow=cylinder%255; //置柱面高位
CylHigh=cylinder/255; //置柱面低位
Command=????; //讀/寫(xiě)扇區命令，讀為0X20，寫(xiě)為0x30
Delay(1); //延時(shí)1ms
//寫(xiě)操作為：
for(i=1;i=512;i++){
DataPort=mem[0xE800+i]; //寫(xiě)512字節
}
NextSector(); //為寫(xiě)下一個(gè)扇區作準備讀操作為：
for(i=1;i=512;i++){
mem[0xE800+i]=DataPort; //讀512字節
}
NextSector(); //為讀下一個(gè)扇區作準備
2.2.2 緩沖區的操作
由于CF卡必須以扇區（512字節）為基本單位來(lái)進(jìn)行讀寫(xiě)操作，因此，系統需要擴展一片6116作為寫(xiě)緩沖區（地址口為0xE800開(kāi)始）。系統在平時(shí)將收到的測試數據暫存于寫(xiě)緩沖區中。當接收到的數據累計超過(guò)一個(gè)扇區之后，再傳送至CE卡。在實(shí)際系統中，開(kāi)辟了1K的緩沖區，通過(guò)一個(gè)標志位low和緩沖區指針count來(lái)聯(lián)合確定傳送數據的范圍。
①low=0,count=0。
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②low=0,count=512、開(kāi)始寫(xiě)緩沖區的有512字節，每寫(xiě)入一個(gè)字節，緩沖區指針自動(dòng)加1。
③low=1，count>=512、當緩沖區指針大于512,表示前512字節已被填滿(mǎn)，此時(shí)將low置為1，開(kāi)將緩沖區前512個(gè)字節的內容送入CF卡，標志位由0變?yōu)?。
④low=1，count=512。當緩沖區指針指到1024時(shí)，緩沖區指針清0，重新開(kāi)始計數。此時(shí)將后512字節的內容送入CF卡，標志位由1變?yōu)?。
⑤low=0，count=512。下一次循環(huán)過(guò)程開(kāi)始。
由于向CF卡寫(xiě)入數據的同時(shí)，手機端仍然有數據輸出。為了防止在寫(xiě)CF卡的過(guò)程中出現數據丟失現象，單片機手同端的通信采用串行口中斷方式。程序如下：
void single() interrupt 4 using 2//串行口中斷服務(wù)子程序，中斷號為4
{
if(RI= =1){ //判斷是否為單行口輸入引起的中斷
mem[0xe800+count]=SBUF; //將串行數據緩沖器中的數據送至數據緩沖區
count++; //緩沖區指針自動(dòng)加1
if(count= =1024){ //如果緩沖區指針指向1024，則清0，重新計數
count=0；
}
RI=0； //串行口接收中斷請求標志位清0
}
else if(TI= =1){ //判斷是否為串行口輸出引起中斷
TI=0； //串行口發(fā)送中斷請求標志位清0
}
}
本文以移動(dòng)通信的手機測試系統的背景，介紹了CF卡在手機測試系統中的具體應用，包括其硬件開(kāi)發(fā)和軟件實(shí)現。由于CF卡具高傳輸速率，大容量非易失性固態(tài)盤(pán)，掉電數據不丟失，良好的震性能，寬溫工作范圍與所有數碼相機、便攜式PC、數字式音頻播放器及其它具有Compact Flash插槽的設備兼容等特點(diǎn)，它的應用范圍也將越來(lái)越廣泛。
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