基于DSP的CompactFlash卡接口設計

2.2 DSP簡介
隨著數字信號處理器(DSP)在理論上和技術上的快速發展，其技術已廣泛應用于數字通信、雷達、聲納、語音合成、圖像處理、多媒體技術、生物醫學等各個領域。隨著科學技術的發展，其研究范圍和應用領域還在不斷地發展和擴大。本系統采用TI公司的TMS320C54x系列定點高性能低功耗型數字信號處理器實現和CF卡的連接。TMS320C54x DSP芯片的主要特點 2~4 如下：
(1)40~160MIPS的運算速度。
(2)先進的多總線結構(1條程序總線、3條數據總線和4條地址總線)。
(3)40位算術邏輯運算單元(ALU)。
(4)17×17位并行乘法器。
(5)192K字可尋址存儲空間(64K字程序存儲器，64K字數據存儲器以及64K字I/O空間)，其中C548、C549和有些C54x x程序存儲空間可擴展至8M字。
(6)高效的并行指令系統。
(7)多種外圍接口方式。
(8)軟件可控的低功耗工作模式。
DSP具有很強的數據處理能力，有多種外部接口形式，如有三組并行16位的數據接口(數據總線共用)和多個帶緩沖的串行接口。但這些端口不能和CF卡直接相連，本文采用一個復雜可編程邏輯器件(CPLD) 5 配合DSP和CF卡之間的邏輯控制和時序關系。

2.3 硬件接口
TMS320C54x對外有I/O、程序及數據3個并行16位訪問空間，分別由對應的空間選擇信號線選通，本設計選用I/O空間和CF卡接口，如圖2所示。

主要由DSP、CF卡和CPLD組成memory連接模式，A3~A0為數據、命令或狀態寄存器地址線。D15~D0為數據總線，可16位或8位訪問，當片選信號－CE1和－CE2同時有效時，為16位訪問格式；當－CE2置高，－CE1單獨有效時，為8位訪問格式。CD1、CD2為CF卡存在性硬件檢測腳，內部和地相連，當CF卡有效插入卡座時，對應卡座上的CD1和CD2拉低，經CPLD邏輯轉換可由硬件或軟件判斷CF卡是否存在。RDY/-BSY為CF卡狀態信號，當CF卡忙時，該腳置低，此時DSP不能對其訪問及進行其它操作。－WE、－OE為讀寫有效信號。－REG為寄存器選擇信號線，－REG為高時訪問數據存儲器（命令或數據），為低時訪問屬性存儲器。上電時，CF卡自動完成復位，并在缺省狀態下進入memory模式，也可由外部主機經RESET腳對CF卡重新復位。DSP的A15~A12、－IOSTRB、－IS、R/－W腳輸出到CPLD，作為I/O空間的讀寫信號選通和地址譯碼。

3 軟件設計
3.1 CF卡指令及訪問格式
CF卡共有30條命令，在memory模式下16位訪問時存儲器映射格式如表2所示。

無論以何種方式工作，數據讀寫的最小單位為一個扇區，8位格式訪問時對應一個扇區的數據量為512個字節，16位時對應一個扇區的數據量為256個字。為簡化程序設計，DSP用邏輯塊地址LBA Lgical Block Addressing 格式訪問CF卡數據。LBA地址分段輸入，對應的偏移地址分別為02H、04H、06H。CF卡最大存儲空間為137Gbyte =228×512 。Sec_count表示一次可訪問幾個扇區，偏移地址06H高8位 Command 為命令輸入。數據從偏移地址08H連續讀出或寫入一個扇區長度。0CH、0EH空間顯示CF卡的狀態信息或寫入特征命令。
3.2 常用命令編程
CF卡的30條命令在文獻 1 中有詳細描述，限于篇幅，本文僅介紹CF卡的讀寫、CF卡信息獲取及刪除一個扇區命令的編程。另外需注意，盡管CF卡可在Burst方式下達到很高的數據傳輸速度，但與DSP相比還比較慢，在硬件設計時應確保速度和時序的匹配。
3.2.1 數據讀寫
存儲器讀寫流程如圖3所示，上電后，可由DSP經RESET腳對CF卡軟件復位，等CF卡準備就緒后，寫入扇區數、LBA地址、讀(20H)或寫(30H)命令字。CF卡認可后，連續從扇區緩沖器中讀出或寫入256個字。注意一點，CF卡要求主機對扇區緩沖器連續讀寫，否則，在15ms后，CF卡會自動進入睡眠狀態，使數據讀寫出錯。

3.2.2 讀出CF卡信息
CF卡中有256Byte EPROM專門存放該卡的特征信息，主要包括磁盤柱面數、磁頭數、每磁道扇區數、扇區總數、緩沖區大小、緩沖區類型、糾錯碼位數、公司序列號等，詳細內容見參考文獻 1 。各公司的CF卡信息內容有一定的差別，以該公司的數據手冊為準，命令格式和讀寫一樣，命令字為0ECH，當CF卡收到讀信息命令字時，會自動忽略寫入扇區數及LBA地址，直接從EPROM中讀CF卡信息到扇區緩沖器。

3.2.3 擦除一個扇區
DSP先檢查CF卡狀態，當CF卡寫入有效時，輸入指定扇區、LBA地址及擦除命令(0C0H)，毋需檢查結果狀態，該扇區被有效刪除后，扇區讀出值均為0。
本文介紹的基于DSP的CompactFlash卡接口設計，首先在TMS320c549 EVM 開發板上成功實現了DSP對CF卡的各種常用命令的操作，并通過設置CPLD的邏輯關系，正確實現了對CF卡采用8位或16位格式的操作，多種訪問格式提高了應用系統設計的靈活性。本文設計的接口電路具有廣泛的應用價值，并已經在數字語音錄音系統中獲得成功應用。

參考文獻
1 CF+and CompactFlash Specification Revision 1.4．
CompactFlash Association， 1999.7
2 TMS320C54x DSP Reference Set Volume 1 CPU and
Peripherals． Texas Instruments Incorporated April 1999
3 TMS320c54x DSP Reference Set Volume 4 Applications
Guide． Texas Instruments Incorporated．October 1996
4 TMS320c54x DSP Reference Set Volume 5 Enhanced
Peripherals．Texas Instruments Incorporated June 1999
5 XC9500 In-System Programmable．CPLD Family．Xilinx lnc．September
15 1999