基于A(yíng)RM系統硬盤(pán)接口的使用和文件管理

　　在“計算機接口技術(shù)”教學(xué)中, 有關(guān)硬磁盤(pán)接口適配器這一章比較難學(xué), 主要涉及到I?O 控制層對扇區讀寫(xiě)和使用邏輯映射層對數據進(jìn)行管理問(wèn)題,內容比較抽象, 教師和學(xué)生只能憑想象去教與學(xué)。筆者在科研中, 通過(guò)對嵌入式微處理器與硬盤(pán)接口的開(kāi)發(fā)應用, 加深了對這些內容的理解, 為拓展這部分教學(xué)內容的深度和廣度奠定了基礎, 并采用理論與實(shí)際結合的方式去講授有關(guān)的內容, 受到了學(xué)生的歡迎。故撰此文與從事硬盤(pán)接口技術(shù)教學(xué)的老師們作一交流。

　　1　ARM 系統及IDE 接口綜述

　　ARM (A dvanced RS IC M ach ines) 是一種低功耗、高性能的32 位處理器。本文介紹的系統是基于Sam sung 公司S3C44B0X 構建而成。該CPU 的內核是ARM 7TDM I, 采用了三級流水線(xiàn)和VON N eumann 結構, 并且具有UART、IIC、IIS、S IO 接口,ADC、PWM 通道, 實(shí)時(shí)時(shí)鐘、LCD 控制器等。

　　硬盤(pán)接口結構主要分I/O 控制層和邏輯映射層。其中I/O 控制層包括與ARM 的物理接口, 實(shí)現對硬盤(pán)狀態(tài)的查詢(xún)、設置和對扇區的讀寫(xiě)。它是依據A TA 標準連接的IDE 接口。通過(guò)IDE 接口選擇可編程的P IO 或使用DMA 方法傳輸數據。本文將介紹P IO 方式傳送, 即對硬盤(pán)每一次訪(fǎng)問(wèn)都需要分別進(jìn)行編程.

　　邏輯映射層實(shí)現對目錄、文件與扇區數據邏輯映射, 以及數據的存儲和修改。該部分應用微軟公司FA T 標準, 為每個(gè)文件的磁盤(pán)塊構造鏈接表, 通過(guò)鏈接表和它的索引實(shí)現對整個(gè)磁盤(pán)文件進(jìn)行管理。

　　在微機應用中, 由于常涉及大批量數據的存儲,在聯(lián)網(wǎng)條件不備的情況下, 通過(guò)IDE 接口連接大容量硬盤(pán)是一個(gè)有效方法。若按照AN S I 的A TA 標準連接硬盤(pán), 并通過(guò)Fat32 文件系統進(jìn)行數據管理,嵌入式系統讀寫(xiě)過(guò)的硬盤(pán), 還可以脫機移到W in2dow s 操作系統支持下的PC 機中, 實(shí)現與常規操作系統共享硬盤(pán)數據資源。本文介紹的方法可以推廣到其它微處理器應用系統中。

　　2　硬件結構與I/O 控制層

　　A TA 標準對IDE 硬盤(pán)接口作了詳細描述。

　　圖1 是按照A TA 規范結合P IO 傳輸特點(diǎn)進(jìn)行連接。由于沒(méi)有使用DMA 傳輸方式, 故DMARQ 和DMACK 兩根懸空; / IOCS16 用于選擇使用DD0～DD15 進(jìn)行16 位傳輸或使用DD0～DD7 進(jìn)行8 位傳輸; /D IOR 和/D IOW 是對磁盤(pán)驅動(dòng)寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作的一對握手信號; /C S0 用來(lái)選定命令寄存器組, /C S1 選擇控制寄存器組。這兩根信號線(xiàn)結合DA 0～DA 2, 就可以對IDE 多個(gè)寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn),如數據寄存器、狀態(tài)寄存器、命令寄存器等。

　　此外,A TA 標準對IDE 命令也有嚴格定義, 如用來(lái)確認驅動(dòng)器的0xEC, 讀緩沖區的0xE4。在P IO模式中, 系統將IDE 命令送到命令寄存器中, 讀寫(xiě)相應的數據、狀態(tài)寄存器, 實(shí)現對硬盤(pán)訪(fǎng)問(wèn)和控制。