基于GPIF的USB-ATA解決方案

當某個Interval定義為NDP,在執行這個Interval動作時,只是簡單地延時,用來確定產生指定電平的延續時間;而當Interval定義為DP時,它將根據RDY0～RDY5上的輸入信號狀態,以及內部FIFO的可編程標志和一個內部自定義的Internal Ready標志,將這些信號進行邏輯與、邏輯或,或是進行邏輯異或,根據得到的邏輯結果在I0～I6中選擇下一個即將執行的Interval。在每個Interval執行時,都可指定CTL0～CTL5輸出用戶指定的狀態。通過RDY和CTL以及內部一些標志位的組合,能完成各種復雜的時序電路的控制。

1.3 ATA接口

ATA[3]接口是在ST506基礎上改進而成的,它將控制器集成到驅動器中,采用8個端口寄存器完成對硬盤的讀寫。這些端口寄存器統稱為命令塊寄存器,各寄存器功能見表1。ATA有兩種工作模式:PIO模式和DMA模式。PIO傳輸模式是由處理器負責信息的傳輸,以扇區為單位,用中斷請求方式與處理器進行數據交換。DMA傳輸模式分多點DMA和UDMA兩種方式,其不需要處理器參與整個數據傳輸過程,而由I/O口直接將數據傳送到存儲器中,從而節約大量CPU時間,可更好地處理其他事務。UDMA中采用了冗余校驗技術(CRC)。控制器對硬盤的操作分為兩種:8位數據的命令操作和16位數據的數據傳輸操作。在對硬盤輸出控制命令前,程序需對端口完整輸出7字節的命令塊。其中前六個端口輸出為參數,最后一個端口為命令碼。在讀寫數據端口時,以512個字節作為數據塊進行讀寫。硬盤執行命令后,發出中斷請求,表示操作結束(命令傳輸);或置控制器狀態空閑,表示扇區請求傳輸(數據傳輸)。然后,控制器讀取硬盤狀態寄存器,檢測硬盤操作的成功與否。操作正常,則進行下一次動作;否則,進入錯誤處理程序。狀態寄存器各位信息描述見表2。

2 GPIF與ATA接口的硬件連接

GPIF與ATA接口的連接見表3。

其中PB[0..7]和PD[0..7]是雙向FIFO數據線,用來連接數據線DD[0..15],進行數據的傳送;PA3連接RESET信號線,對硬盤進行復位操作;ADR[0..2]與DA[0..2]連接,對寄存器選址;RDY0、RDY1分別與IORDY、IOCS16連接,使FIFO分別工作在8位的命令傳輸和16位的數據傳輸模式下。

3 軟件設計流程

GPIF的程序存儲區可存儲4組波形的程序代碼。一般情況下存儲的4組波形分別用于單字節讀、單字節寫、多字節連續讀、多字節連續寫。對不同寄存器的讀寫操作將觸發指定波形程序代碼的執行,例如:讀SGLDATLTRIG寄存器,GPIF將執行單字節讀操作;而寫SGLDATLTRIG寄存器,GPIF則執行單字節寫操作。當GPIF處于IDLE方式時,可以對程序區進行讀寫操作,從而改變波形程序。對GPIF的編程,可采用CYPRESS公司提供的一個基于Windows界面的開發工具。這個工具使得對GPIF的編程成為一個填表式的選擇過程。對所有選項選擇完畢后,它將自動生成C51的源代碼,完成初始化過程?，F分別以EZ-USB FX系列和EZ-USB FX2系列中的GPIF為例,實現ATA接口中的PIO工作模式和UDMA工作模式。

在EZ-USB FX系列里,FIFO只有64字節大小,BULK端點BUFFER最大也只能設置為64字節。因此,用此系列的GPIF實現ATA接口的PIO模式比較合適。GPIF程序存儲區分別存儲單字節讀、單字節寫、多字節連續讀、多字節連續寫4條波形程序。單字節讀、寫操作時,選擇數據寬度為8位,完成命令傳輸操作。多字節讀、寫操作時,選擇數據寬度為16位,完成數據傳輸操作。USB數據上傳給PC機,采用BULK方式。在EZ-USB FX系列中,端點2支持BULK方式,且可以設置成雙緩沖模式。單字節讀過程中,總線寬度為8位,RDY0信號接IORDY引腳,在每個Interval中可以根據選定的PIO模式指定合適的延時,也可以對IORDY信號采樣,直到指定狀態出現才繼續動作。圖3是根據PIO模式4采用GPIF產生的單字節讀波形。單字節寫波形的編程類似于單字節讀過程,如圖4所示。單字節操作一般用在命令傳輸中,數據傳輸則采用多字節讀寫操作,此時FIFO寬度為16,長度為64字節。與單字節操作不同的是,多字節讀寫操作在一次讀寫操作完成后,自動開始下一次讀寫操作,不需要再次觸發,直到完成指定的次數,從而減少了CPU參與的時間。在對一個扇區進行操作時,總共需要連續進行256次讀寫。為此,設計一個連續64次讀寫的多字節讀寫操作程序,調用4次,則完成對一個扇區的讀寫。PIO模式流程圖如圖5所示。