基于DSP的CompactFlash卡接口設計

隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，小型化、大容量、低功耗、智能型是未來(lái)存儲技術(shù)的發(fā)展方向。近年來(lái)，各種小型存儲媒體不斷問(wèn)世，在便攜式設備中應用廣泛。這些存儲媒體大多以Flash Memory(閃爍存儲器)為主要載體，內部用微處理器進(jìn)行時(shí)序控制和存儲管理，通常做成非易失性存儲卡形式。

目前常見(jiàn)的存儲卡類(lèi)型有：①MultiMedia Card(多媒體卡)；②CompactFlash Card(快閃磁盤(pán)卡)；③SmartMedia Card(智能媒體卡)；④memoryStick(記憶棒)。各存儲卡在功耗、體積、容量等方面各有特色，但它們之間的接口目前還互不兼容。
CompactFlash 卡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CF卡)最先由SanDisk 公司于1994年生產(chǎn)，隨后CFA CompactFlash Association 協(xié)會(huì )(它是一個(gè)由國際著(zhù)名IT公司為了共同利益而成立的非盈利機構)于1995年10月成立并陸續制訂了詳細的CompactFlash 存儲卡統一規范，該規范目前已成為一個(gè)工業(yè)標準。

由于CF卡容量大、價(jià)格低，接口兼容磁盤(pán)IDE、ATA及Memory等格式，和其它存儲卡相比，CF卡使用越來(lái)越普遍。在大容量便攜式數據存儲和傳輸過(guò)程中，CF卡有著(zhù)非常廣泛的應用前景，如數碼相機、MP3播放器、PDA(個(gè)人數字助理)、數字式錄音機、筆記本電腦、手提電話(huà)、機頂盒等。預計今后在其它領(lǐng)域將有更為廣泛的應用。另外，隨著(zhù)DSP技術(shù)的飛速發(fā)展，由DSP快速處理的大量數據需要大容量的存儲媒體進(jìn)行數據的保存、轉移等?？紤]到CF卡和DSP相比接口速度較慢，因而DSP不能直接和CF卡接口兼容，為了實(shí)現DSP對CF卡的數據訪(fǎng)問(wèn)和管理功能，本文給出了基于DSP的CF卡接口設計，該設計在多個(gè)科研項目中得到了應用和推廣。

1 CF卡簡(jiǎn)介
目前有許多公司生產(chǎn)CF卡產(chǎn)品，由于CF卡已成為工業(yè)標準，各公司生產(chǎn)的CF卡均符合標準規范，只是存儲容量、扇區緩沖器大小、訪(fǎng)問(wèn)速度、平均無(wú)故障時(shí)間、工作溫度、糾錯編碼等指標略有差異(這些差異在標準范圍內)。CF卡主要技術(shù)指標如下：
(1)結構先進(jìn)，以SanDisk公司為代表的CF卡內部結構如圖1所示。

外部和主機接口采用50芯雙列0.05英寸間距物理連接。CF卡內部采用一個(gè)微控制器(MCU)管理數據訪(fǎng)問(wèn)格式、接口控制時(shí)序等；一個(gè)512Byte以上的雙端口扇區緩沖器SRAM BUFFER 和DMA控制器，用于和外部進(jìn)行快速數據交換；一個(gè)256Byte的固化只讀存儲器Firmware Storage ，放置該CF 卡的特征信息CIS Card Information Structure ，內容包括扇區總數、柱面數、磁頭數、每磁道扇區數、公司序列號等；一個(gè)電源管理單元(PMU)可使CF卡在空閑時(shí)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，進(jìn)行有效的電源管理，降低系統功耗。先進(jìn)的內部結構使CF卡能支持多種接口訪(fǎng)問(wèn)模式，如Memory Card 模式、I/O Card模式和True IDE模式等。
(2)訪(fǎng)問(wèn)速度快，寫(xiě)入FLASH速度可維持在1.4Mbyte/s。
(3)體積小，尺寸為36.4mm×42.8mm×3.3mm。
(4)容量大，常見(jiàn)的有8、12、16、24、32、48、64、96、128、256、348、512MByte等隨著(zhù)超大規模集成電路的快速發(fā)展，目前CF卡的TYPE II型容量已經(jīng)達到了1.2GByte。
(5)無(wú)機械結構，抗沖擊(達2000G)，耐震動(dòng)(達15G)。
(6)可靠性高，有效的數據保護及糾錯編碼技術(shù)，使得CF卡平均無(wú)故障工作時(shí)間達一百萬(wàn)小時(shí)。
(7)供電靈活，支持5V或3.3V電源電壓。
(8)具有熱插拔、掉電時(shí)數據不丟失、保存數據時(shí)間長(cháng)、可重復擦寫(xiě)(一百萬(wàn)次)等特點(diǎn)。

2 CF卡與DSP接口硬件設計
2.1 CF卡接口簡(jiǎn)述
CF卡采用50腳雙列0.05英寸細間距標準接口，管腳排列如表1所示。

其電氣特性符合ATA/IDE磁盤(pán)接口規范，可直接插入PCMCIA TypeII適配卡中。支持5V和3.3V電源工作，允許不同系統對硬件和軟件的設計要求。數據訪(fǎng)問(wèn)以512Byte為一個(gè)扇區單元，完全和磁盤(pán)接口兼容，可用Memory mapped、IDE等格式進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。由于IDE 訪(fǎng)問(wèn)模式涉及到復雜的文件管理，為了節省系統資源及簡(jiǎn)化設計，本系統由DSP實(shí)現嵌入式設計并采用Memory mapped訪(fǎng)問(wèn)方式。另外，CF卡的上電缺省模式即是Memory mapped，免去了繁瑣的寄存器設置。CF的數據總線(xiàn)寬度為16bits，由－CE1和－CE2腳控制，可允許8位或16位訪(fǎng)問(wèn)。其詳細的管腳定義見(jiàn)參考文獻1 。