摘 要 介紹CompactFlash卡的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；結(jié)合美國(guó)德州儀器(TI)公司的TMS320C54x 系列數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，詳細(xì)地說(shuō)明了DSP與CompactFlash卡接口設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵軟硬件技術(shù)；同時(shí)以TMS320C549 CSP評(píng)估板為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)完成了DSP與CompactFlash卡之間的接口電路，正確實(shí)現(xiàn)了DSP對(duì)CompactFlash卡的讀寫(xiě)及數(shù)據(jù)管理等各種功能。
關(guān)鍵詞 DSP CompactFlash卡 CPLD

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，小型化、大容量、低功耗、智能型是未來(lái)存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展方向。近年來(lái)，各種小型存儲(chǔ)媒體不斷問(wèn)世，在便攜式設(shè)備中應(yīng)用廣泛。這些存儲(chǔ)媒體大多以Flash Memory(閃爍存儲(chǔ)器)為主要載體，內(nèi)部用微處理器進(jìn)行時(shí)序控制和存儲(chǔ)管理，通常做成非易失性存儲(chǔ)卡形式。
目前常見(jiàn)的存儲(chǔ)卡類(lèi)型有：①M(fèi)ultiMedia Card(多媒體卡)；②CompactFlash Card(快閃磁盤(pán)卡)；③SmartMedia Card(智能媒體卡)；④MemoryStick(記憶棒)。各存儲(chǔ)卡在功耗、體積、容量等方面各有特色，但它們之間的接口目前還互不兼容。
CompactFlash 卡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CF卡)由SanDisk 公司于1994年生產(chǎn)，隨后CFA CompactFlash Association 協(xié)會(huì)(它是一個(gè)由國(guó)際IT公司為了共同利益而成立的非盈利機(jī)構(gòu))于1995年10月成立并陸續(xù)制訂了詳細(xì)的CompactFlash 存儲(chǔ)卡統(tǒng)一規(guī)范，該規(guī)范目前已成為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
由于CF卡容量大、價(jià)格低，接口兼容磁盤(pán)IDE、ATA及Memory等格式，和其它存儲(chǔ)卡相比，CF卡使用越來(lái)越普遍。在大容量便攜式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中，CF卡有著非常廣泛的應(yīng)用前景，如數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器、PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、數(shù)字式錄音機(jī)、筆記本電腦、手提電話、機(jī)頂盒等。預(yù)計(jì)今后在其它領(lǐng)域?qū)⒂懈鼮閺V泛的應(yīng)用。另外，隨著DSP技術(shù)的飛速發(fā)展，由DSP快速處理的大量數(shù)據(jù)需要大容量的存儲(chǔ)媒體進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存、轉(zhuǎn)移等?？紤]到CF卡和DSP相比接口速度較慢，因而DSP不能直接和CF卡接口兼容，為了實(shí)現(xiàn)DSP對(duì)CF卡的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和管理功能，本文給出了基于DSP的CF卡接口設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)在多個(gè)科研項(xiàng)目中得到了應(yīng)用和推廣。

(2)訪問(wèn)速度快，寫(xiě)入FLASH速度可維持在1.4Mbyte/s。
(3)體積小，尺寸為36.4mm×42.8mm×3.3mm。
(4)容量大，常見(jiàn)的有8、12、16、24、32、48、64、96、128、256、348、512MByte等隨著超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，目前CF卡的TYPE II型容量已經(jīng)達(dá)到了1.2GByte。
(5)無(wú)機(jī)械結(jié)構(gòu)，抗沖擊(達(dá)2000G)，耐震動(dòng)(達(dá)15G)。
(6)可靠性高，有效的數(shù)據(jù)保護(hù)及糾錯(cuò)編碼技術(shù)，使得CF卡平均無(wú)故障工作時(shí)間達(dá)一百萬(wàn)小時(shí)。
(7)供電靈活，支持5V或3.3V電源電壓。
(8)具有熱插拔、掉電時(shí)數(shù)據(jù)不丟失、保存數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)、可重復(fù)擦寫(xiě)(一百萬(wàn)次)等特點(diǎn)。

2.2 DSP簡(jiǎn)介
隨著數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)在理論上和技術(shù)上的快速發(fā)展，其技術(shù)已廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、雷達(dá)、聲納、語(yǔ)音合成、圖像處理、多媒體技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其研究范圍和應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷地發(fā)展和擴(kuò)大。本系統(tǒng)采用TI公司的TMS320C54x系列定點(diǎn)高性能低功耗型數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)和CF卡的連接。TMS320C54x DSP芯片的主要特點(diǎn) 2~4 如下：
(1)40~160MIPS的運(yùn)算速度。
(2)先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)(1條程序總線、3條數(shù)據(jù)總線和4條地址總線)。
(3)40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)。
(4)17×17位并行乘法器。
(5)192K字可尋址存儲(chǔ)空間(64K字程序存儲(chǔ)器，64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及64K字I/O空間)，其中C548、C549和有些C54x x程序存儲(chǔ)空間可擴(kuò)展至8M字。
(6)高效的并行指令系統(tǒng)。
(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(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，有多種外部接口形式，如有三組并行16位的數(shù)據(jù)接口(數(shù)據(jù)總線共用)和多個(gè)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(gè)復(fù)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(shí)序關(guān)系。
2.3 硬件接口
TMS320C54x對(duì)外有I/O、程序及數(shù)據(jù)3個(gè)并行16位訪問(wèn)空間，分別由對(duì)應(yīng)的空間選擇信號(hào)線選通，本設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)、命令或狀態(tài)寄存器地址線。D15~D0為數(shù)據(jù)總線，可16位或8位訪問(wèn)，當(dāng)片選信號(hào)－CE1和－CE2同時(shí)有效時(shí)，為16位訪問(wèn)格式；當(dāng)－CE2置高，－CE1單獨(dú)有效時(shí)，為8位訪問(wèn)格式。CD1、CD2為CF卡存在性硬件檢測(cè)腳，內(nèi)部和地相連，當(dāng)CF卡有效插入卡座時(shí)，對(duì)應(yīng)卡座上的CD1和CD2拉低，經(jīng)CPLD邏輯轉(zhuǎn)換可由硬件或軟件判斷CF卡是否存在。RDY/-BSY為CF卡狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)CF卡忙時(shí)，該腳置低，此時(shí)DSP不能對(duì)其訪問(wèn)及進(jìn)行其它操作。－WE、－OE為讀寫(xiě)有效信號(hào)。－REG為寄存器選擇信號(hào)線，－REG為高時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（命令或數(shù)據(jù)），為低時(shí)訪問(wèn)屬性存儲(chǔ)器。上電時(shí)，CF卡自動(dòng)完成復(fù)位，并在缺省狀態(tài)下進(jìn)入memory模式，也可由外部主機(jī)經(jīng)RESET腳對(duì)CF卡重新復(fù)位。DSP的A15~A12、－IOSTRB、－IS、R/－W腳輸出到CPLD，作為I/O空間的讀寫(xiě)信號(hào)選通和地址譯碼。

3.2.3 擦除一個(gè)扇區(qū)
DSP先檢查CF卡狀態(tài)，當(dāng)CF卡寫(xiě)入有效時(shí)，輸入指定扇區(qū)、LBA地址及擦除命令(0C0H)，毋需檢查結(jié)果狀態(tài)，該扇區(qū)被有效刪除后，扇區(qū)讀出值均為0。
本文介紹的基于DSP的CompactFlash卡接口設(shè)計(jì)，首先在TMS320c549 EVM 開(kāi)發(fā)板上成功實(shí)現(xiàn)了DSP對(duì)CF卡的各種常用命令的操作，并通過(guò)設(shè)置CPLD的邏輯關(guān)系，正確實(shí)現(xiàn)了對(duì)CF卡采用8位或16位格式的操作，多種訪問(wèn)格式提高了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。本文設(shè)計(jì)的接口電路具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，并已經(jīng)在數(shù)字語(yǔ)音錄音系統(tǒng)中獲得成功應(yīng)用。