摘 要： 介紹了IBM的Microdrive的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細說明了Microdrive接口設(shè)計的軟硬件關(guān)鍵技術(shù)。同時以AT89C52型單片機為基礎(chǔ)，設(shè)計完成了Microdrive的接口電路，實現(xiàn)了對Microdriver的數(shù)據(jù)訪問及管理功能。
關(guān)鍵詞： Microdrive  AT89C52

　　隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，存儲技術(shù)正向著大容量、低功耗、小型化的方向發(fā)展。尤其是近年來，各種大容量的小型存儲器不斷涌現(xiàn)，在便攜式設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。目前常見的存儲卡類型有：Smart Media Card、MemoryStick、MultiMedia Card、CompactFlash Type I Card、IBM 的Microdrive等，各存儲卡在容量、功耗、體積上各有特色，但IBM的Microdrive尤為出色。
　　Microdrive 是由IBM日本分公司研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品。它的接口符合CFA（CompactFlash Association）協(xié)會所制定的CF＋TypeⅡ規(guī)范，具有容量大(170MB～3GB)、體積小(42.8 mm×36.4mm×5.0mm）、耗電量小等特點，已在數(shù)碼相機、筆記本電腦、掌上電腦、便攜式音樂播放器等設(shè)備的存儲領(lǐng)域中得到了較廣泛的應(yīng)用。可以預見，在各種智能設(shè)備小型化的趨勢中，在大容量便攜式數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)倪^程中，Microdrive 有著非常廣泛的應(yīng)用前景，將會為各種便攜式產(chǎn)品帶來高容量、高品質(zhì)且價格合理的數(shù)據(jù)存儲能力。
　　雖然目前市面上已有多家國內(nèi)外公司（其中有IBM公司）生產(chǎn)出操作Microdrive的接口，但其價格居高不下，這對于需要將此類便攜式大容量存儲器直接嵌入到其便攜設(shè)備的廠商來說，將會大大提高產(chǎn)品的成本。為降低生產(chǎn)廠商的成本，實現(xiàn)對Microdrive的數(shù)據(jù)訪問和管理功能。本文給出了一種基于單片機的Microdrive接口設(shè)計。
1  Microdrive簡介
　  Microdrive性能參數(shù)如下：
      容量：1 000MB/512MB/340MB；緩沖區(qū)大小：128B；扇區(qū)大小：512B；盤片數(shù)量：1；平均尋道時間：12ms；平均等待時間：8.33ms；最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率：59.9MBps；最大外部數(shù)據(jù)傳輸速率：13.3MBps；接口：CF+(兼容ATA和PCMCIA)；數(shù)據(jù)密度：15.2GB/英寸；大小：5mm×43mm×35mm；重量：17g；磁盤旋轉(zhuǎn)速度：3 600rpm。
　　Microdrive的主要特點：
　　體積小，總量輕，容量大；可靠性高，有效的數(shù)據(jù)保護及數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，使得其出錯率極低；讀寫速度快，連續(xù)讀寫速率最高可達到4.2MBps，抗沖擊(1 500g)，耐振動（5g）；兼容性好，支持3.3V或5V工作電壓，具有廣闊的使用范圍。
2  Microdrive硬件接口設(shè)計
2.1 Microdrive接口簡介及訪問模式的選擇
　　Microdrive接口符合CF＋TypeⅡ標準，支持3.3V或5V直流工作電壓，提供了完整的PCMCIA-ATA功能且通過ATA/ATAPI-4兼容TrueIDE。但與68針接口的PCMCIA卡不同的是，Microdrive接口只有50針，采用50腳雙列0.05英寸間距標準接口。其管腳排列如表1所示。

　　Microdrive的數(shù)據(jù)都是以512B的扇區(qū)單元進行操作，能夠通過IDE和Memory等模式對其進行訪問。
雖然IDE模式被廣泛地應(yīng)用在計算機硬盤接口，但也經(jīng)常被應(yīng)用于內(nèi)嵌式的系統(tǒng)中，得到絕大多數(shù)的BIOS和工業(yè)單板機的支持。然而，IDE模式需要涉及到復雜的文件管理，使得控制操作相對復雜，不符合簡單可行的設(shè)計要求。
　　由于本系統(tǒng)由單片機實現(xiàn)嵌入式設(shè)計，且Memory模式是Microdrive的默認模式，該模式可以避免繁瑣的寄存器設(shè)置，同時支持8位的數(shù)據(jù)帶寬，控制操作也相對簡單，可以極大地簡化設(shè)計和節(jié)省系統(tǒng)的資源，故本系統(tǒng)采用Memory模式。
2.2 硬件接口
　　系統(tǒng)的電路連接框圖如圖1所示，主要包含以下5個部分。

　　(1)AT89C52。AT89C52擁有比8051多1倍的數(shù)據(jù)存儲器（256 B的RAM），有8KB的內(nèi)部ROM，操作命令以及各引腳都與8051基本一致。在本系統(tǒng)中，AT89C52的作用是至關(guān)重要的，它擔負著與外部的通信及實現(xiàn)對Microdrive的各種操作。
　　(2)外部數(shù)據(jù)存儲器。該存儲器主要用作硬盤數(shù)據(jù)讀寫的緩存，因而必須具有非易失性、簡便的操作及合適的容量。62HC64容量為8K×8位，具有非易失性及功耗低等特點。
　　(3)通信電平轉(zhuǎn)換芯片。RS－232C是目前異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標準總線，適用于數(shù)據(jù)中斷設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口，而單片機使用TTL電平，二者互不兼容，因而使用了MAX－232電平轉(zhuǎn)換芯片對它們之間的通信電平進行轉(zhuǎn)換，作為對外的通信接口。
　　(4)CF+適配口。使用了標準的50針CF+適配口。
　　(5)地址鎖存器74LS373和地址譯碼器74LS138。
　　系統(tǒng)的主要連線（見圖1和表1）敘述如下。
　　其中：Address/Data（0～7）為復用的8位數(shù)據(jù)或低8位地址總線。Address（8～12）為用于尋址62HC64的高5位地址線，Address(13～15)接至74LS138，用作外部數(shù)據(jù)存儲器62HC64及Microdrive的片選信號； RESET信號則和AT89C52的RESET腳連接，以達到同步復位的目的。上電復位后，Microdrive自動進入默認的Memory模式；-REG (Register)信號用于選擇訪問，判斷是Microdrive的Attiribute Memory（低電平）還是Common Memory(高電平)；對于-CE1和-CE2(Card Enable)，因為只有1塊Microdrive，故將-CE2接高電平，-CE1接74LS138的Y7腳；-OE、-WE為讀寫有效信號，與AT89C52的P3.7（－RD）和P3.6（－WR）相連；RDY/-BSY(Ready/Busy）是Microdrive的閑忙狀態(tài)信號，當Microdrive忙時，該腳為低電平，不能對Microdrive做任何的操作，若與AT89C52的P3.2相連，可通過軟件檢測此位，判定Microdrive的閑忙狀態(tài)；WAIT信號的有效意味著一個操作進程正在完成過程中，把它與P1.7相連，以便檢測；CD1、CD2（Card Detect）用于Microdrive的存在檢測，與AT89C52的P3.2、P3.3相連；AT89C52的P3.0(RXD)用作串行通信輸入，若接MAX232的12腳(R1OUT)，則用于接收通過MAX232送來的數(shù)據(jù)；AT89C52的P3.1（TXD）用作串行通信輸出，接MAX232的11腳(T1IN)，通過MAX232送出數(shù)據(jù)。
3  軟件設(shè)計
3.1 主要寄存器簡介
　　Microdrive內(nèi)的幾個涉及到操作的寄存器如表2所示。

　　以下介紹如表3所示的狀態(tài)寄存器其中幾個狀態(tài)標志位，這些標志位在讀寫等操作中極為重要。

　　bit 7(BUSY)：當Microdrive處于忙狀態(tài)時(如正在讀寫寄存器或存儲扇區(qū))，則置該位為1。
　　bit 6(RDY)：當Microdrive準備好，可以執(zhí)行各種操作時，置該位為1。
　　bit 3(DRQ)：當Microdrive需要將數(shù)據(jù)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)存儲器時，置該位為1。
　　bit 0(ERR)：當在執(zhí)行各種操作過程中出現(xiàn)錯誤時，置該位為1。
3.2 軟件設(shè)計
　　硬件設(shè)計好后，就可以通過軟件來驅(qū)動接口電路，去讀寫Microdrive。首先進行測試以確定所有的端口及信號極性的正確性。由于Memory模式是缺省的模式，故使用前的檢測很簡單，主要把軟件分成以下部分進行檢測。
　　(1)檢測Microdrive。首先，確定Microdrive是否已正確插入插槽。這需要檢測Card Detect引腳，即將P3.2、P3.3的狀態(tài)讀入，如果2個都為0，就表示Microdrive已正確插入適配口；否則表明未正確插入，需要重新插入。其次，在確定Microdrive已正確插入后，開始檢測其狀態(tài)。從Common Memory的偏移地址為007H的狀態(tài)寄存器中讀取Microdrive的狀態(tài)信號，如果Microdrive被正確地復位，則讀得的數(shù)據(jù)應(yīng)該是50H，這意味著Microdrive已能使用并準備接收命令；否則有錯誤，應(yīng)重新復位。最后，當Microdrive的狀態(tài)證實無誤并處于Memory模式時，就可以發(fā)送診斷命令字（Execute Diagnostics：90H）到命令寄存器（偏移地址為007H）中，這一命令將會根據(jù)Microdrive的當前情況重置狀態(tài)寄存器007H(與命令寄存器的地址相同)。當出錯時，出錯位將會被置1，此時會檢查錯誤狀態(tài)寄存器（偏移地址為001H）而且將會得到詳盡的出錯信息；若無錯誤，則對Microdrive進行操作。
　　(2)數(shù)據(jù)的讀取。首先將要操作的扇區(qū)地址寫入偏移地址為003H～006H的邏輯塊尋址寄存器；然后再將要操作的扇區(qū)數(shù)目寫入偏移地址為002H的扇區(qū)數(shù)目寄存器；接著發(fā)送讀命令字（20H）到命令寄存器。當寫入命令后，Microdrive會將BUSY狀態(tài)置1作為響應(yīng)。然后Microdrive從存儲扇區(qū)中讀出數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)寄存器，并將DRQ狀態(tài)位置1，清BUSY以表示數(shù)據(jù)已準備好。這樣只需要檢查DRQ狀態(tài)就可以了。當DRQ為1時，便可從Microdrive的數(shù)據(jù)寄存器中讀出數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)讀完后，DRQ將會被清0，Microdrive重新回到準備狀態(tài)執(zhí)行下一次操作。
　　(3)數(shù)據(jù)的寫入。與讀數(shù)據(jù)的操作類似，首先將數(shù)據(jù)準備在數(shù)據(jù)緩存區(qū)（外部RAM62HC64）；然后將要操作的扇區(qū)地址寫入偏移地址為003H～006H的邏輯塊尋址寄存器，并將要操作的扇區(qū)數(shù)目寫入偏移地址為002H的扇區(qū)數(shù)目寄存器；接著發(fā)送寫命令字（30H）到命令寄存器；最后，檢測DRQ的狀態(tài)（此時Microdrive置BUSY狀態(tài)為1，接著置DRQ為1，清BUSY）。當檢測到DRQ為1時，便可將數(shù)據(jù)緩存區(qū)（外部RAM62HC64)中的數(shù)據(jù)寫入Microdrive的數(shù)據(jù)寄存器(偏移地址為000H)。當Microdrive檢測到數(shù)據(jù)寫入其數(shù)據(jù)寄存器后，就會置BUSY為1，清DRQ并根據(jù)地址將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)寫入存儲扇區(qū)。一旦數(shù)據(jù)全部寫完，再清BUSY狀態(tài)位，重新回到準備狀態(tài)準備執(zhí)行下一次操作。
　　可見，在讀寫操作中，對進程起控制作用的關(guān)鍵就是DRQ這一狀態(tài)位，其檢測程序如下：
　　void wait_drq(void)
　　{  unsigned int a；
  　　　a=XBYTE[0xE007]；　　　　//讀取狀態(tài)寄存器的值
　　　  if((a&0x01)= =1)  error( )；　//若出錯位為1，轉(zhuǎn)出錯處理
　　　  while((a&0xf8)!=0x58)
   　　   a=XBYTE[0xE007]；　　　　//查詢DRQ位，不為1則循環(huán)等待
　　}
　　(4)數(shù)據(jù)的擦除。首先將要操作的扇區(qū)地址寫入偏移地址為003H～006H的邏輯塊尋址寄存器；然后再將要操作的扇區(qū)數(shù)目寫入偏移地址為002H的扇區(qū)數(shù)目寄存器；接著發(fā)送擦除命令字（0C0H）到命令寄存器。執(zhí)行完擦除命令后，讀出的值全為0。
3.3 單片機軟件設(shè)計流程
　　單片機軟件設(shè)計的主要流程如圖2所示。

　　本文所介紹的基于單片機的Microdrive接口設(shè)計，成功實現(xiàn)了操作Microdrive的常用命令，正確實現(xiàn)了對Microdrive的8位格式的操作。經(jīng)測試，此接口也可以對CF Type I卡(如SanDisk公司的CompactFlash卡)進行正確的操作，從而提高了應(yīng)用系統(tǒng)的兼容性。該接口電路具有較廣泛的應(yīng)用價值，可應(yīng)用于各種需要使用Microdrive或CompactFlash卡作為存儲器的便攜式電子設(shè)備中，目前正準備將其應(yīng)用于便攜式的動態(tài)腦電及動態(tài)心電儀器中。
參考文獻
1   CompactFlash Association.CF＋ and CompactFlash Specification Revision 1.4.1999
2   International Business Machines Corporation.Using the IBM Microdrive For the First Time.2001
3   International Business Machines Corporation.Need More Storage Embed an IBM 170MB or 340MB Microdrive.2001