嵌入式處理器MPC8250與CF卡的接口設計

最近幾年，嵌入式處理器蓬勃發(fā)展，在通信、航空航天、醫療設備、消費類(lèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域一展身手。嵌入式處理器的外圍設備也日新月異，例如記憶棒、ＵＳＢ口、ＣＦ卡等。本文從硬件和軟件角度出發(fā)，介紹了ＣＦ卡在嵌入式系統中的設計和使用技巧。

由于ＣＦ卡具有攜帶方便、易于升級、存儲量大、抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，應用范圍越來(lái)越廣。１９９５年１０月，ＳａｎＤｉｓｋ、柯達、卡西歐、惠普、摩托羅拉、佳能等１２５家廠(chǎng)商發(fā)起成立了ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ協(xié)會(huì )，致力于制定新一代的基于ＲＡＭ和ＲＯＭ技術(shù)的固態(tài)非易失的存儲介質(zhì)標準——ＣＦ卡標準使不同廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)的ＣＦ卡及其接口器件可以互相兼容。目前，ＣＦ卡標準已有１．４版本，容量從最早的２Ｍ字節到現今的１Ｇ字節。

同時(shí)，ＣＦ卡遵從ＡＴＡ－ＩＤＥ工業(yè)設計標準，連接裝置與 ＰＣＭＣＩＡ卡相似，只不過(guò)ＣＦ卡是５０引腳（ＰＣＭＣＩＡ卡６８引腳），可以很容易插入無(wú)源６８引腳 ＴｙｐｅＩＩ適配卡并完全符合ＰＣＭＣＩＡ電力和機械接口規格。另外，ＣＦ卡的兼容性佳，不僅同時(shí)支持３．３Ｖ和５Ｖ的電壓，而且不同的ＣＦ卡都可以用單一的機構讀寫(xiě)，特別是ＣＦ卡升級換代時(shí)也可以保證舊設備的兼容性。而純電子運動(dòng)的ＣＦ卡耗電量很低，僅為ＩＢＭ微型硬盤(pán)的５％。

１ 系統設計

圖１是筆者開(kāi)發(fā)的嵌入式系統框圖。其中，嵌入式處理器是ＭＰＣ８２５０，ＰＣＩ１４１０Ａ是連接ＰＣＩ總線(xiàn)和ＣＦ卡的一種接口芯片。

ＭＰＣ８２５０芯片是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司開(kāi)發(fā)的一款ＰｏｗｅｒＰＣ系列嵌入式處理器。芯片采用小巧而強大的３２位超標量體系結構ＰｏｗｅｒＰＣ ６０３ｅ處理器內核，最高主頻為３００ＭＨｚ。它集成了ＰＣＩ橋、ＰＣＩ仲裁器、存儲器控制器、中斷控制器、ＤＭＡ控制器、１６Ｋ字節指令高速緩存和１６Ｋ字節數據高速緩存等部件。ＭＰＣ８２５０具有三個(gè)可配置為百兆或十兆以太網(wǎng)的ＦＣＣ口，四個(gè)可配置為串口或網(wǎng)口的ＳＣＣ口，一個(gè)多通道ＨＤＬＣ接口。該芯片適用于對成本、空間、功耗和性能都有很高要求的應用領(lǐng)域，例如路由器／接線(xiàn)器、多路ＭＯＤＥＭ、網(wǎng)絡(luò )存儲應用和圖像顯示等系統。

ＰＣＩ１４１０Ａ芯片是ＴＩ公司開(kāi)發(fā)的一種高性能的ＰＣＩ到ＣＦ卡的控制器，支持遵循ＣＦ卡標準的各類(lèi)ＣＦ卡。它符合ＰＣＩ總線(xiàn)標準，既可以工作于ＰＣＩ主設備模式，也可以工作于ＰＣＩ從設備模式。

ＭＰＣ８２５０與ＰＣＩ１４１０Ａ之間通過(guò)３２位ＰＣＩ局部總線(xiàn)連接，工作頻率３３ＭＨｚ。ＭＰＣ８２５０用作ＰＣＩ主設備，ＰＣＩ１４１０Ａ用作ＰＣＩ從設備，同時(shí)采用ＭＰＣ８２５０內部的ＰＣＩ仲裁器。

本設計選用ＳａｎＤｉｓｋ公司的型號為ＳＤＣＦＢ－６４－１０１的ＣＦ卡，６４Ｍ字節容量，幾何尺寸為３６．４ｍｍ×４２．８ｍｍ×３ｍｍ。ＰＣＩ１４１０Ａ與ＣＦ卡之間的連接遵循ＣＦ卡標準，由地址、數據、控制三組信號組成。ＰＣＩ１４１０Ａ提供了五個(gè)通用Ｉ／Ｏ引腳，設計中將其中一個(gè)引腳ＧＰＩＯ１用作ＬＥＤ指示。當ＣＦ卡工作時(shí)，ＬＥＤ會(huì )以６４ｍｓ的周期閃爍。

ＳＤＲＡＭ選用了三星公司的Ｋ４Ｓ５６１６３２Ａ，每片容量２５６Ｍ比特，共四片。

圖2 讀寫(xiě)CF卡技巧示意圖

２ 接口編程

在ＣＦ卡工作前，必須先進(jìn)行初始化，在整個(gè)系統的地址空間中確定ＣＦ卡的位置，預設置ＣＦ卡的工作模式及相關(guān)寄存器。本設計中，ＣＦ卡位于系統的０ｘ９Ａ００００００～０ｘ９ＤＦＦＦＦＦＦ地址空間。在每次讀寫(xiě)ＣＦ卡時(shí)，必須根據讀寫(xiě)數據的多少和操作特性來(lái)配置相應寄存器。

２．１ ＣＦ卡初始化

本系統中，ＣＦ卡的初始化由ＭＰＣ８２５０通過(guò)ＰＣＩ總線(xiàn)配置ＰＣＩ１４１０Ａ的寄存器實(shí)現，具體步驟如下：

（１）設置ＣＦ卡的基地址，即配置ＥｘＣＡ寄存器（偏移量：０ｘ１０）。該寄存器定義了ＣＦ卡在ＰＣＩ存儲器空間的基地址，即０ｘ９Ａ００００００。

（２）配置ＰＣＩ命令寄存器（偏移量：０ｘ０４），允許ＣＰＵ訪(fǎng)問(wèn)ＰＣＩ存儲空間。

（３）配置系統控制寄存器（偏移量：０ｘ８０）。該寄存器定義了一些系統控制位，例如，是否采用ＰＣＩ中斷方式，是否采用內部振蕩器，是否采用ＤＭＡ等。本設計采用ＰＣＩ中斷方式，不采用內部振蕩器和ＤＭＡ。