基于ARM系統(tǒng)硬盤接口的使用和文件管理

　　在“計算機(jī)接口技術(shù)”教學(xué)中, 有關(guān)硬磁盤接口適配器這一章比較難學(xué), 主要涉及到I?O 控制層對扇區(qū)讀寫和使用邏輯映射層對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理問題,內(nèi)容比較抽象, 教師和學(xué)生只能憑想象去教與學(xué)。筆者在科研中, 通過對嵌入式微處理器與硬盤接口的開發(fā)應(yīng)用, 加深了對這些內(nèi)容的理解, 為拓展這部分教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度奠定了基礎(chǔ), 并采用理論與實(shí)際結(jié)合的方式去講授有關(guān)的內(nèi)容, 受到了學(xué)生的歡迎。故撰此文與從事硬盤接口技術(shù)教學(xué)的老師們作一交流。

　　1　ARM 系統(tǒng)及IDE 接口綜述

　　ARM (A dvanced RS IC M ach ines) 是一種低功耗、高性能的32 位處理器。本文介紹的系統(tǒng)是基于Sam sung 公司S3C44B0X 構(gòu)建而成。該CPU 的內(nèi)核是ARM 7TDM I, 采用了三級流水線和VON N eumann 結(jié)構(gòu), 并且具有UART、IIC、IIS、S IO 接口,ADC、PWM 通道, 實(shí)時時鐘、LCD 控制器等。

　　硬盤接口結(jié)構(gòu)主要分I/O 控制層和邏輯映射層。其中I/O 控制層包括與ARM 的物理接口, 實(shí)現(xiàn)對硬盤狀態(tài)的查詢、設(shè)置和對扇區(qū)的讀寫。它是依據(jù)A TA 標(biāo)準(zhǔn)連接的IDE 接口。通過IDE 接口選擇可編程的P IO 或使用DMA 方法傳輸數(shù)據(jù)。本文將介紹P IO 方式傳送, 即對硬盤每一次訪問都需要分別進(jìn)行編程.

　　邏輯映射層實(shí)現(xiàn)對目錄、文件與扇區(qū)數(shù)據(jù)邏輯映射, 以及數(shù)據(jù)的存儲和修改。該部分應(yīng)用微軟公司FA T 標(biāo)準(zhǔn), 為每個文件的磁盤塊構(gòu)造鏈接表, 通過鏈接表和它的索引實(shí)現(xiàn)對整個磁盤文件進(jìn)行管理。

　　在微機(jī)應(yīng)用中, 由于常涉及大批量數(shù)據(jù)的存儲,在聯(lián)網(wǎng)條件不備的情況下, 通過IDE 接口連接大容量硬盤是一個有效方法。若按照AN S I 的A TA 標(biāo)準(zhǔn)連接硬盤, 并通過Fat32 文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,嵌入式系統(tǒng)讀寫過的硬盤, 還可以脫機(jī)移到W in2dow s 操作系統(tǒng)支持下的PC 機(jī)中, 實(shí)現(xiàn)與常規(guī)操作系統(tǒng)共享硬盤數(shù)據(jù)資源。本文介紹的方法可以推廣到其它微處理器應(yīng)用系統(tǒng)中。

　　2　硬件結(jié)構(gòu)與I/O 控制層

　　A TA 標(biāo)準(zhǔn)對IDE 硬盤接口作了詳細(xì)描述。

　　圖1 是按照A TA 規(guī)范結(jié)合P IO 傳輸特點(diǎn)進(jìn)行連接。由于沒有使用DMA 傳輸方式, 故DMARQ 和DMACK 兩根懸空; / IOCS16 用于選擇使用DD0～DD15 進(jìn)行16 位傳輸或使用DD0～DD7 進(jìn)行8 位傳輸; /D IOR 和/D IOW 是對磁盤驅(qū)動寄存器進(jìn)行讀寫操作的一對握手信號; /C S0 用來選定命令寄存器組, /C S1 選擇控制寄存器組。這兩根信號線結(jié)合DA 0～DA 2, 就可以對IDE 多個寄存器進(jìn)行訪問,如數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器、命令寄存器等。

　　此外,A TA 標(biāo)準(zhǔn)對IDE 命令也有嚴(yán)格定義, 如用來確認(rèn)驅(qū)動器的0xEC, 讀緩沖區(qū)的0xE4。在P IO模式中, 系統(tǒng)將IDE 命令送到命令寄存器中, 讀寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)寄存器, 實(shí)現(xiàn)對硬盤訪問和控制。