基于ARM的嵌入式系統CF卡存儲技術

摘要：針對當前現有的CF 卡接口電路存在接口復雜、穩定性不高、存儲速度緩慢等缺點，通過深入研究ARM 處理器AT91RM9200 的外部總線接口（EBI）及CF 卡、CPLD 的工作原理，設計了新的CF 卡接口電路。新的CF 卡接口電路中采用了CPLD 來代替一般CF 卡接口電路中的雙向緩沖器、與非門等所有邏輯器件，通過現場對CPLD 編程來實現不同的邏輯功能。實驗表明，該電路更加簡單、靈活、穩定、高速，對接口電路的設計有重要的參考價值。

關鍵詞：嵌入式系統；總線接口技術；CF 卡存儲技術；CPLD 編程；高速存儲

1 引言

隨著應用需求的不斷提高，許多嵌入式系統在應用時都要求帶有擴展的大容量存儲器來存儲數據。CF 卡（Compact Flsah Card）由于價格便宜、存儲容量大、體積小、兼容性好等優點被廣泛應用于嵌入式產品。然而現有的CF 卡接口電路存在接口復雜，穩定性不高等缺點，不能滿足客戶的需求。通過深入研究ARM 處理器AT91RM9200 的外部總線接口（EBI）、CF 卡和CPLD 的工作原理，提出利用CPLD來改進CF 卡接口電路以解決現有接口電路中存在的缺點。

2 器件簡介

2.1 外部總線接口

系統采用了以ARM920T 為內核的AT91RM9200作為微處理器，它是完全圍繞ARM920T Thumb 處理器構建的系統。它有豐富的系統與應用外設及標準的接口，包括一個高速片上SRAM 工作區及一個低等待時間的外部總線接口（EBI）以完成應用所要求的片外存儲區和內部存儲器映射外設配置的無縫連接。外部總線接口結構如圖1 所示。

EBI 通過集成電路支持CF 卡與SmartMedia 協議，從而極大地降低了對外部組件的需求。此外，EBI可處理多達8 個外設的數據傳輸，每個外設分配8 個在內置存儲控制器中定義的地址空間。數據通過16 位或32 位數據總線進行傳輸，地址總線高達26位，8個芯片選擇口(NCS[7:0])和在不同外部存儲控制器間復用的多個控制引腳進行復用。

2.2 CF 卡

CF 卡（Compact Flash Card）是采用Flash Memory技術的存儲卡，具有體積小、價格低廉、兼容性強、存儲量大等優點。CF 卡支持三種接口模式，分別是PCCard Memory Mode、PC Card I/O Mode、True IDEMode。因為True IDE Mode 不經常使用，故接口電路以PC Card Memory Mode 和PC Card I/O Mode設計。

2.3 CPLD

CPLD（Complex Programmable Logic Device）是一種較PLD 復雜的邏輯元件[2]，是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現設計的數字系統。

該文采用的CPLD 是Altera 公司的MAX7000S系列的EPM7128SQL100-10。它有84 個引腳，其中5 根用于ISP（IN System Programmable）下載，可方便的對其進行“在系統”編程。EPM7128SQL100-10支持對電壓工作，可以利用Altera 公司的第四代開發平臺quartus Ⅱ方便地進行仿真、綜合和下載。

3 硬件接口電路設計

硬件接口電路的電路圖如圖2 所示。在此電路中用CPLD 來實現一般CF 卡接口電路中的雙向緩沖器和與非門等一些邏輯器件的邏輯功能，使接口電路變的更為簡單、穩定、高速，而且可以通過現場修改程序來實現不同的功能。

CF 卡中的_CD1、_CD2 是CF 卡是否安裝的狀態檢測信號，在CF 卡中接地。當CF 卡沒有安裝時，電路中_CD1、_CD2 由上拉電阻將其輸出拉為高電平；當CF 卡安裝時，_CD1、_CD2 由CF 卡接地輸出為低電平，_CD1、_CD2 相當于CF 卡的總開關。在實際接口電路中_CD1、_CD2 要接10 kΩ 的上拉電阻。