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一种CF卡的检测系统的设计与实现

发布日期:2008-08-29　作者:王晓薇，夏健刚，李奇琳来源:微计算机信息

摘要：本文介绍了CF(Compact Flash)卡的基本结构和工作原理。在此基础上详细的给出了在C8051F34x-DK开发平台上，通过串口发送ATA命令和非ATA命令来控制C8051F340单片机，对CF卡等PC卡的各项特征信息（如：扇区总数、柱面数、磁头数、每磁道扇区数、序列号等）和功能（在三种模式下的CF卡8位/16位的读，写，连续读，连续写等）进行一系列测试的一个通用测试系统的设计方案。文中详细介绍了True IDE模式下写CF卡一个扇区的具体实现过程，并给出了相应的程序以及系统的运行结果。
关键字：CF卡；C8051；串口；ATA命令；测试系统

随着计算机应用技术的飞速发展，移动存储设备得到了广泛的应用。其中CF(Compact Flash)卡以其价格低廉、体积小、存储容量大、高速等优点在众多移动存储设备中被广泛地应用于数码相机、PDA和笔记本电脑等当前十分热门的消费类电子产品中。本文所述的就是一个通用的CF卡等基于PCMCIA规范的PC卡的测试系统。该系统可以在底层读取CF的各种信息以及检测CF卡在各种工作模式下对各种命令的执行情况，可用于开发大容量的CF卡等PC卡，还可以在此基础之上开发出基于CF卡的存储设备以及CF卡的适配器等。

1.CF卡的简介

CF卡最先是由SanDisk公司在1994年推出的，现在已经成为一种行业标准。其内部示意图如图1所示。CF卡由两个基本部分组成：控制芯片和闪存模组。闪存用于存储信息，控制芯片用来实现与主机的连接及控制数据在闪存模块中的传输。CF卡的主要特点：体积小，重量轻；支持5V/3V双重电压；给予块擦除技术设计，每次读写为一个扇区；内置控制器，大大简化了外围电路的设计；速度快，最新的3.0规范主持66MB/s的访问速率；符合标准规范，无兼容性问题；固态产品，无可移动部件，可靠性好。目前最大可提供12GB容量，而主流产品容量已达到4GB，可以满足不同容量的需求^[1]。

图1 CF卡内部结构示意图

2.系统的设计

我们的这套测试系统是在silicon公司的C8051F34X－DK集成开发环境下开发的。图2是测试系统的示意图。图中的主机是一台安装了Microsoft Windows XP Professional 2002 SP2操作系统的PC机，C8051F34X－DK集成开发环境包括包括了一个C8051F340－TB目标板和一个USB的调试适配器^[2]。

在本系统中，由PC机通过串口发送命令控制C8051单片机对CF卡在Memory模式，I/O模式，True IDE模式这三种模式下进行功能及参数的测试：其中主要的测试包括读取CIS,在这三种模式下分别进行低级格式化，高级格式化，数据寄存器的奇偶位转换检测，只通高位的检测等；测试的方式有，循环测试，自动测试，单独测试，重点测试；测试的手段有，只给命令，读状态，写数据，读数据。CF卡的返回的状态信息通过单片机由PC机的界面显示。C8051F34x-DK集成开发环境的目标板通过IDE模式接口、I/O模式接口、Memory模式接口与CF卡连接。PC机与C8051F34x-DK集成开发环境有2个接口:①集成开发环境的目标板通过USB调试适配器与PC相连.②目标板的RS232接口与PC机的串口相连。

图2 测试系统的示意图

CF卡上电时, OE接低电平进入True IDE模式，接高电平时可通过配置属性寄存器选择进入Memory模式或I/O模式。图3是True IDE模式下C8051F340与CF卡的连接示意图。其中P0.0和P0.1接CF卡寄存器组选择信号线CS0和CS1，P0.2和P0.3接数据的读写线IORD和IOWR，P01.0-P1.2与地址线DA0－DA2相连，P2.4接复位线(RESET) P2.5接中断信号请求线(INTRQ)，P3.0-P4.7和CF卡的16根数据线相连。CF卡在三种工作方式对应的管脚功能略有不用，由于篇幅的关系，Memory模式或I/O模式下的硬件连接就不一一叙述了。

图3 True IDE模式下C8051F340与CF卡的连接图

3．程序的设计

3.1串口调试

· 端口初始化配置

数字和模拟资源可以通过40个I/O端口使用，每个端口引脚都可以被定义为通用I/O(GPIO)或模拟输入。优先权交叉开关译码器为每个I/O功能分配优先权，UART0的优先权最高,TX0被分配到P0.4脚,RX0被分配到P0.5脚。在这里,我们开启UART,并使交叉开关使能。因此端口的初始化配置为:XBR0=0x01；XBR1=0x40。

·晶振的配置

我们使用内部的高频振荡器,它的基频为12MHZ，与内部4倍时钟乘法器可得到48MHZ的系统时钟。内部振荡器可以通过OSCICL寄存器控制。4倍时钟乘法器用CLKMUL寄存器配置。

int i = 0;

OSCICN = 0x83;

CLKMUL = 0x80;

for (i = 0; i < 20; i++);

CLKMUL |= 0xC0;

while ((CLKMUL & 0x20) == 0);

CLKSEL = 0x03;

·定时器的配置

我们使用定时器1它是一个16位的寄存器，在被访问时以2个字节的形式出现：一个高字节TH1和一个低字节TL1。定时器1配置为具有自动重新装入计数初值能力的8位计数器/定时器。定时器初始配置为:TCON=0x04；TMOD=0x02；CKCON=0x08；TH1=0x30。

·UART0的初始化

我们用8位可变波特率标准异步全双工通信，它包括8个数据位，1个起始位，1个停止位，无奇偶校验位。数据由TX0发送，RX0接收。由2个寄存器SCON0和SBUF0控制。SBUF0为2个寄存器:发送缓冲寄存器和接收缓冲寄存器。写操作只能将数据写到发送缓冲器上；读操作只能读取到接收缓冲器上。在这里我们设置波特率为115200bps。初始化为SCONO=0x10。

3.2程序流程

由于篇幅的限制，下面我们将以CF卡在True IDE模式下读/ 写扇区指令为例，对相关程序进行说明并给出了程序运行的结果。

对CF卡的操作只需读写任务寄存器即可。CF卡共有30条指令，数据读写的最小单位为1个扇区。8位格式访问时对应1个扇区数据量为512字节，16位格式访问是对应1个扇区数据量为256字节。由于CE2 = 1 ,所以当CE1 = 0 时，以8位格式访问CF卡, 每次存取的是一个字节。连续存取字节两次则依次存取数据寄存器的偶字节和奇字节。在向CF卡发出命令前，必须先检测CF卡是否忙碌（D7=1）。如果在规定时间内CF卡一直忙碌，则置超时错；否则表示CF卡空闲，可接受命令。

如果CPU要对CF卡写数据，首先CPU把必要的参数写入对应的地址寄存器，等待DRDY有效；然后将操作码写入命令寄存器，同时设置状态寄存器的DRQ位，表示准备好接收数据，CPU通过数据寄存器将数据写入扇区缓冲区；当扇区缓冲区填满后，驱动器清除DRQ位，并置位BSY，将扇区缓冲区中数据写入CF卡；当写结束，清除BSY位，发中断请求信号DNTRQ；CPU接收到中断信号后，读状态寄存器，同时将中断信号INTRQ撤除。图4就是True IDE模式下写CF卡一个扇区的流程图

图4 True IDE模式下写CF卡一个扇区的流程图

CF 卡写扇区函数部分源代码:

void CF_TEST(char order)

{

data int i;

data BYTE status;

data BYTE error;

code BYTE write[512]={0,1,1,2,3,4,5,6,7,9,10};

Init();

{

status = ReadReg (7);//读取状态字

if (status & 1 == 1) // ERR=1，置出错标志，做相应处理

{

error = ReadReg(1);

}

} while (status != 0x50);//等待CF卡准备好

WriteReg(2, 0x01);//写入要写入的扇区数

WriteReg(3, 0x24);//写入LBA地址

WriteReg(4, 0x00);

WriteReg(5, 0x00);

WriteReg(6, 0xE0);

WriteReg(7, 0x30);// 写入写命令

{ status = ReadReg(7);

if (status & 1 == 1) // ERR=1，置出错标志，做相应处理

{

error = ReadReg(1);

}

} while (status != 0x58);

for (i = 0; i < 512; i++)

{

WriteReg(0,write[i]); //写入数据

}

所有的程序在Keil C51 7.0上调试通过，我们把程序烧录进单片机再通过PC机发送命令给单片机，对分别工作在三种模式下的CF卡进行了8位/16位的读，写，连续读，连续写，读取CIS等几十个ATA和非ATA命令的操作，单片机操作CF卡的上位机软件采用从C＋＋builder 6.0编写。用户的操作非常简单。图5是PC机上显示的被测CF卡的有关信息。图6是对扇区1的写操作框图。