Nios II與CF卡的接口設計

1 CF卡的特點及應用
點　CF卡是最近幾年蓬勃發展固態非易失的存儲介質，由于CF卡具有攜帶方便、易于升級、存儲量大、抗震性好等優點，在大容量便攜式數據存儲和傳輸過程中，CF 有著非常廣泛的應用前景，如數碼相機、MP3播放器、PDA(個人數字助理)、數字式錄音機、筆記本電腦、手提電話、機頂盒等。預計今后在其他領域將有更為廣泛的應用。另外CF卡的兼容性佳，不僅同時支持3.3 V和5 V的電壓，而且不同的CF卡都可以用單一的機構讀寫，特別是CF卡升級換代時也可以保證舊設備的兼容性。而純電子運動的CF卡耗電量很低，僅為IBM 微型硬盤的5%。目前，CF卡容量從最早的2 MB到現今的8 GB，數據傳輸從最早的5 MB/s發展到現在的20 MB/s。
　　CF卡由2個基本部分構成：內部控制器和閃存模塊。CF卡的閃存模塊基本上都使用NAND型閃存，用于存儲數據。內部控制器用來實現CF卡與主機的接口以及控制數據的傳輸。CF卡內部控制器的設計完全模擬硬盤，使用標準的ATA/IDE接口。
　　CF 的存取方式有3種：PC Card Memory模式、PC Card I/O模式以及True IDE模式。PC Card模式與PCMCIA標準兼容。True IDE模式與ATA標準兼容。
　　3種方式相比，在True IDE模式下，CF卡與主機通信的信號最少，硬件接口最簡單、軟件易于實現，因此本設計采用True IDE模式。

2 CF卡接口控制器的寄存器的定義
　　在設計中，采用Altera提供的一個CF接口控制器內核實現CF卡數據的傳輸.該內核提供一個連接片外CF卡的Avalon總線接口，通過使用適當的時序把Avalon總線信號映射到CF卡，提供了對標準的實IDE模式寄存器的訪問，允許設計者在Nios II系統中簡易連接就可以使用CF卡。圖1所示為CF卡接口控制器內核的結構框圖。

圖1 CF卡控制器內核結構框圖
　　該內核提供2個Avalon總線從端口.第一個是為了訪問CF設備內部的寄存器組，第二個是為了訪問控制器內核內部的寄存器文件，CF核提供2個高有效的中斷請求輸出，一個是CF插入或移除的中斷信號，另一個是把設備上的中斷信號傳送到Avalon主設備。
　　對于CF卡的操作(如：讀/寫)，其實就是對CF卡控制器的寄存器進行操作。所以，必須對CF卡的寄存器十分熟悉。這些寄存器統稱為任務文件(task file)寄存器：
　　(1)數據寄存器(讀/寫)，用于CF卡的讀寫操作。主機通過該寄存器向CF卡數據緩沖寫入或從CF卡數據緩沖讀出數據。
　　(2)錯誤寄存器(讀)和特性寄存器(寫) 讀操作時，此寄存器為錯誤寄存器，用于指明錯誤的原因；寫操作時，此寄存器為特性寄存器。
　　(3)扇區數寄存器(讀/寫)。用來記錄讀、寫扇區的數目。
　　(4)扇區號寄存器(讀/寫)，用來記錄讀、寫和校驗命令指定的起始扇區號或邏輯塊地址(LBA)的BIT7:0。
　　(5)柱面號寄存器(讀/寫)，用來記錄讀、寫、校驗和尋址命令指定的柱面號或LBA的BIT23:8。
　　(6)驅動器/磁頭寄存器(讀/寫)，記錄讀、寫、校驗和尋道命令指定的驅動器號、磁頭號或LBA的BIT27:24，其中BIT6(LBA)用來設置CF卡扇區的尋址方式(LBA=0，采用CHS模式；LBA=1。采用LBA模式)。
　　(7)狀態寄存器(讀)和命令寄存器(寫)，在讀操作時，該寄存器是狀態寄存器，指示CF卡控制器執行命令后的狀態，讀狀態寄存器則返回CF卡的當前狀態；在寫操作時，該寄存器是命令寄存器，接收主機發送給CF卡的控制命令。