基于GPIF的USB-ATA解決方案

當某個(gè)Interval定義為NDP,在執行這個(gè)Interval動(dòng)作時(shí),只是簡(jiǎn)單地延時(shí),用來(lái)確定產(chǎn)生指定電平的延續時(shí)間;而當Interval定義為DP時(shí),它將根據RDY0～RDY5上的輸入信號狀態(tài),以及內部FIFO的可編程標志和一個(gè)內部自定義的Internal Ready標志,將這些信號進(jìn)行邏輯與、邏輯或,或是進(jìn)行邏輯異或,根據得到的邏輯結果在I0～I6中選擇下一個(gè)即將執行的Interval。在每個(gè)Interval執行時(shí),都可指定CTL0～CTL5輸出用戶(hù)指定的狀態(tài)。通過(guò)RDY和CTL以及內部一些標志位的組合,能完成各種復雜的時(shí)序電路的控制。

1.3 ATA接口

ATA[3]接口是在ST506基礎上改進(jìn)而成的,它將控制器集成到驅動(dòng)器中,采用8個(gè)端口寄存器完成對硬盤(pán)的讀寫(xiě)。這些端口寄存器統稱(chēng)為命令塊寄存器,各寄存器功能見(jiàn)表1。ATA有兩種工作模式:PIO模式和DMA模式。PIO傳輸模式是由處理器負責信息的傳輸,以扇區為單位,用中斷請求方式與處理器進(jìn)行數據交換。DMA傳輸模式分多點(diǎn)DMA和UDMA兩種方式,其不需要處理器參與整個(gè)數據傳輸過(guò)程,而由I/O口直接將數據傳送到存儲器中,從而節約大量CPU時(shí)間,可更好地處理其他事務(wù)。UDMA中采用了冗余校驗技術(shù)(CRC)?？刂破鲗τ脖P(pán)的操作分為兩種:8位數據的命令操作和16位數據的數據傳輸操作。在對硬盤(pán)輸出控制命令前,程序需對端口完整輸出7字節的命令塊。其中前六個(gè)端口輸出為參數,最后一個(gè)端口為命令碼。在讀寫(xiě)數據端口時(shí),以512個(gè)字節作為數據塊進(jìn)行讀寫(xiě)。硬盤(pán)執行命令后,發(fā)出中斷請求,表示操作結束(命令傳輸);或置控制器狀態(tài)空閑,表示扇區請求傳輸(數據傳輸)。然后,控制器讀取硬盤(pán)狀態(tài)寄存器,檢測硬盤(pán)操作的成功與否。操作正常,則進(jìn)行下一次動(dòng)作;否則,進(jìn)入錯誤處理程序。狀態(tài)寄存器各位信息描述見(jiàn)表2。

2 GPIF與ATA接口的硬件連接

GPIF與ATA接口的連接見(jiàn)表3。

其中PB[0..7]和PD[0..7]是雙向FIFO數據線(xiàn),用來(lái)連接數據線(xiàn)DD[0..15],進(jìn)行數據的傳送;PA3連接RESET信號線(xiàn),對硬盤(pán)進(jìn)行復位操作;ADR[0..2]與DA[0..2]連接,對寄存器選址;RDY0、RDY1分別與IORDY、IOCS16連接,使FIFO分別工作在8位的命令傳輸和16位的數據傳輸模式下。

3 軟件設計流程

GPIF的程序存儲區可存儲4組波形的程序代碼。一般情況下存儲的4組波形分別用于單字節讀、單字節寫(xiě)、多字節連續讀、多字節連續寫(xiě)。對不同寄存器的讀寫(xiě)操作將觸發(fā)指定波形程序代碼的執行,例如:讀SGLDATLTRIG寄存器,GPIF將執行單字節讀操作;而寫(xiě)SGLDATLTRIG寄存器,GPIF則執行單字節寫(xiě)操作。當GPIF處于IDLE方式時(shí),可以對程序區進(jìn)行讀寫(xiě)操作,從而改變波形程序。對GPIF的編程,可采用CYPRESS公司提供的一個(gè)基于Windows界面的開(kāi)發(fā)工具。這個(gè)工具使得對GPIF的編程成為一個(gè)填表式的選擇過(guò)程。對所有選項選擇完畢后,它將自動(dòng)生成C51的源代碼,完成初始化過(guò)程?，F分別以EZ-USB FX系列和EZ-USB FX2系列中的GPIF為例,實(shí)現ATA接口中的PIO工作模式和UDMA工作模式。

在EZ-USB FX系列里,FIFO只有64字節大小,BULK端點(diǎn)BUFFER最大也只能設置為64字節。因此,用此系列的GPIF實(shí)現ATA接口的PIO模式比較合適。GPIF程序存儲區分別存儲單字節讀、單字節寫(xiě)、多字節連續讀、多字節連續寫(xiě)4條波形程序。單字節讀、寫(xiě)操作時(shí),選擇數據寬度為8位,完成命令傳輸操作。多字節讀、寫(xiě)操作時(shí),選擇數據寬度為16位,完成數據傳輸操作。USB數據上傳給PC機,采用BULK方式。在EZ-USB FX系列中,端點(diǎn)2支持BULK方式,且可以設置成雙緩沖模式。單字節讀過(guò)程中,總線(xiàn)寬度為8位,RDY0信號接IORDY引腳,在每個(gè)Interval中可以根據選定的PIO模式指定合適的延時(shí),也可以對IORDY信號采樣,直到指定狀態(tài)出現才繼續動(dòng)作。圖3是根據PIO模式4采用GPIF產(chǎn)生的單字節讀波形。單字節寫(xiě)波形的編程類(lèi)似于單字節讀過(guò)程,如圖4所示。單字節操作一般用在命令傳輸中,數據傳輸則采用多字節讀寫(xiě)操作,此時(shí)FIFO寬度為16,長(cháng)度為64字節。與單字節操作不同的是,多字節讀寫(xiě)操作在一次讀寫(xiě)操作完成后,自動(dòng)開(kāi)始下一次讀寫(xiě)操作,不需要再次觸發(fā),直到完成指定的次數,從而減少了CPU參與的時(shí)間。在對一個(gè)扇區進(jìn)行操作時(shí),總共需要連續進(jìn)行256次讀寫(xiě)。為此,設計一個(gè)連續64次讀寫(xiě)的多字節讀寫(xiě)操作程序,調用4次,則完成對一個(gè)扇區的讀寫(xiě)。PIO模式流程圖如圖5所示。