以导航设备存储系统应用为例,本文讨论了Intel Xscale PXA255嵌入式处理器与CF卡的硬件接口设计,并以读写CF卡扇区的程序为例,给出了CF卡软件编写的技巧。该设计为基于PXA255处理器的嵌入式系统提供了扩展存储空间的一种方法。
Intel Xscale PXA255处理器是新一代的嵌入式处理器,基于ARMv5TE体系结构的微处理器,性价比较高、功耗较低,适合于数字移动电话、个人数字助理、网络路由器等嵌入式系统的应用。在采用PXA255处理器开发诸如车载导航系统时,电子地图等海量地理信息数据需要一个容量大、体积小、性能优异的存储器。"Compact Flash"卡,简称CF卡CONTROL ENGINEERING China版权所有,具有高速度、大容量、体积小、重量轻、功耗低和高性价比等优点,十分适合嵌入式系统的应用。因此,可选择CF卡作为地理信息数据的存储载体。PXA255处理器提供了PCMCIA/CF卡控制器,可以方便地实现PXA255处理器与CF卡的接口设计。
CF卡结构和工作原理
Compact Flash技术是由CF协会(CFA)提出的一种与PC机ATA接口标准兼容的技术。如图1,CF卡由两
图1:CF卡结构框图
CF卡的存取方式有三种:PC Card Memory模式、PC Card I/O模式以及True IDE模式。PC Card模式与PCMCIA标准兼容。True IDE模式与ATA标准兼容。三种方式相比,在True IDE模式下,CF卡与主机通信的信号最少,硬件接口最简单、软件易于实现,因此本设计采用了True IDE模式。
CF卡扇区寻址有两种方式:物理寻址方式(CHS)和逻辑寻址方式(LBA)。物理寻址方式使用柱面、磁头和扇区号表示一个特定的扇区,起始扇区是0磁道、0磁头、1扇区www.cechina.cn,接着是2扇区,一直到EOF扇区;接下来是同一柱面1头、1扇区等。逻辑寻址方式将整个CF卡同一寻址。逻辑块地址和物理地址的关系为:LBA地址=(柱面号×磁头数+磁头号)×扇区数+扇区数-1。
CF卡没有机械结构www.cechina.cn,因此CF卡的扇区寻址适宜采用逻辑寻址方式。逻辑寻址方式没有磁头和磁道的转换操作控制工程网版权所有,因此在访问连续扇区时,操作速度比物理寻址方式快得多。
对于CF卡的操作(如:读/写),其实就是对CF卡控制器的寄存器进行操作。所以,必须对CF卡的寄存器十分熟悉。这些寄存器统称为任务文件(task file)寄存器:
1.数据寄存器(读/写),用于CF卡的读写操作。主机通过该寄存器向CF卡数据缓冲写入或从CF卡数据缓冲读出数据。
2.错误寄存器(Read)和特性寄存器(Write)。读操作时控制工程网版权所有,此寄存器为错误寄存器,用于指明错误的原因;写操作时,此寄存器为特性寄存器。
3.扇区数寄存器(读/写),用来记录读、写扇区的数目。
4.扇区号寄存器(读/写),用来记录读、写和校验命令指定的起始扇区号或逻辑块地址(LBA)的BIT7:0。
5.柱面号寄存器(读/写),用来记录读、写、校验和寻址命令指定的柱面号或LBA的BIT23:8。
6.驱动器/磁头寄存器(读/写),记录读、写、校验和寻道命令指定的驱动器号、磁头号或LBA的BIT27:24,其中BIT6(LBA)用来设置CF卡扇区的寻址方式(LBA=0,采用CHS模式;LBA=1,采用LBA模式)。
7.状态寄存器(读)和命令寄存器(读/写),读操作时控制工程网版权所有,该寄存器是状态寄存器,指示CF卡控制器执行命令后的状态,读状态寄存器则返回CF卡的当前状态;写操作时,该寄存器是命令寄存器,接收主机发送给CF卡的控制命令。
PXA255处理器与CF卡的硬件接口设计
1. PXA255的PC Card/CF卡控制器
PXA255处理器PC Card/CF卡控制器可以支持一个PCMCIA卡或CF卡插槽,利用nPSKTSEL引脚可以支持第2个插槽。寄存器MECR用于向PXA255处理器的PC Card/CF卡控制器指出是否有CF卡插入,以及系统支持的CF卡的插槽数目。在有卡插入时,软件必须将MECR的CIT比特位置1;所有的卡拔出时,则必须将之清零。
PXA255处理器PC Card/CF卡接口支持8、16位外围设备,而且可以处理公共存储器(Common Memory)、I/O和特性存储器(Attribute Memory)三种方式的存取。每次访问的时间取决于MCMEMx、MCATTx和M