??? 摘? 要: 介紹了目前PC機(jī)中最為流行的硬盤接口技術(shù)和磁盤文件管理系統(tǒng)" title="管理系統(tǒng)">管理系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了雙核TMS320VC5421與CompactFlash存儲(chǔ)卡" title="存儲(chǔ)卡">存儲(chǔ)卡的接口,解決了嵌入式系統(tǒng)普遍存在的數(shù)據(jù)空間狹小的問題。?

　　關(guān)鍵詞: DSP? IDE接口? 磁盤文件管理系統(tǒng)? CompactFlash存儲(chǔ)卡

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??? 目前，許多工業(yè)檢測系統(tǒng)要求其前端設(shè)備能實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù),有些系統(tǒng)甚至還要求其前端設(shè)備能夠完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理。因此一般工業(yè)檢測系統(tǒng)將其前端嵌入式系統(tǒng)與一臺(tái)PC機(jī)相連或其前端設(shè)備就是一臺(tái)PC機(jī),再通過網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給主控制系統(tǒng)。這類工業(yè)檢測系統(tǒng)體積較大且對(duì)外部的環(huán)境要求高。?

　　本文實(shí)現(xiàn)了TMS320VC5421與CompactFlash存儲(chǔ)卡(以下簡稱CF卡)的接口。利用DSP的高速數(shù)字信號(hào)處理能力可完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理;利用CF卡的容量大、非易失性和即插即用的特性可完成數(shù)據(jù)的保存和傳輸。因此TMS320VC5421與CF卡的接口在工業(yè)檢測前端系統(tǒng)的應(yīng)用中有很好的前景。?

1 TMS320VC5421芯片介紹?

　　數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)是數(shù)字信號(hào)處理理論與超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)融合的結(jié)晶。TMS320VC5421更是定點(diǎn)系列DSP中的佼佼者。其系統(tǒng)框架如圖1所示。?

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　　TMS320VC5421有4個(gè)主要特點(diǎn):?

　　(1)TMS320VC5421包含兩個(gè)獨(dú)立的DSP子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)都有其獨(dú)立的程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O" title="I/O">I/O空間,且每個(gè)子系統(tǒng)分別具有片內(nèi)4套總線即4條地址總線、4條數(shù)據(jù)總線(3條數(shù)據(jù)總線用來訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)空間,1條數(shù)據(jù)總線用來訪問程序空間)和2個(gè)地址發(fā)生輔助寄存器來實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算和并行存儲(chǔ)功能,提高CPU的運(yùn)算效率。?

　　(2)TMS320VC5421的每一個(gè)子系統(tǒng)都有6個(gè)獨(dú)立的DMA通道,且可對(duì)每個(gè)DMA通道進(jìn)行獨(dú)立編程。TMS320VC5421的兩個(gè)子系統(tǒng)的所有程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間都在每個(gè)DMA通道的尋址范圍內(nèi)。?

　　(3)TMS320VC5421的工作頻率最高可達(dá)到100MIPS,且兩個(gè)子系統(tǒng)的工作時(shí)鐘統(tǒng)一由子系統(tǒng)A控制。?

　　(4)TMS320VC5421的兩個(gè)子系統(tǒng)之間的同步信號(hào)可以由IPIRQ中斷提供。?

　　TMS320VC5421有3種方式實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸:?

　　(1)將數(shù)據(jù)存放在兩個(gè)子系統(tǒng)共享的128KB程序空間中,由共享的128KB程序空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。?

??? (2)將數(shù)據(jù)存放在與兩個(gè)子系統(tǒng)分別相連的16字的FIFO中,由FIFO實(shí)現(xiàn)兩個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞。?

　　(3)通過DMA將數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺我庾酉到y(tǒng)的任意空間。?

2 CompactFlash存儲(chǔ)卡產(chǎn)品介紹?

　　CompactFlash技術(shù)是由CompactFlash協(xié)會(huì)(CFA)提出的一種與PC機(jī)的ATA接口標(biāo)準(zhǔn)兼容的新技術(shù),它致力于開發(fā)一種先進(jìn)的、速度快、容量大、體積小、質(zhì)量輕、功耗低且可移動(dòng)的數(shù)字信息存儲(chǔ)產(chǎn)品。?

　　由圖2可知,CF卡包含兩個(gè)基本部分:片內(nèi)的芯片控制器和片內(nèi)的存儲(chǔ)模塊。片內(nèi)的存儲(chǔ)模塊用來存儲(chǔ)數(shù)字信息,片內(nèi)的芯片控制器用來實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的接口及控制數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)模塊中的傳輸。?

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2.1 CF卡控制器?

　　CF卡控制器中包含兩組寄存器:命令寄存器和控制寄存器" title="控制寄存器">控制寄存器。命令寄存器用來接受命令和傳輸數(shù)據(jù);控制寄存器用作磁盤控制。這兩個(gè)寄存器組" title="寄存器組">寄存器組通過REG信號(hào)進(jìn)行區(qū)分。控制寄存器組主要用于控制CF卡的工作方式;命令寄存器組被分配在與ATA標(biāo)準(zhǔn)兼容的地址空間。當(dāng)CF卡工作在I/O方式下,命令寄存器組的地址空間為1F0H～1F7H和3F6H～3F7H;當(dāng)CF卡工作在存儲(chǔ)器方式下,命令寄存器組的地址空間為1F0H～1FFH。?

　　當(dāng)CF卡工作在存儲(chǔ)器方式下,CF卡按照ATA標(biāo)準(zhǔn)以寄存器方式傳送數(shù)據(jù)、命令和地址。這些寄存器除數(shù)據(jù)寄存器為16位外,其它寄存器均為8位。 ?

　　數(shù)據(jù)寄存器(R/W):這是一個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器,用于對(duì)扇區(qū)的讀寫操作。主機(jī)通過該寄存器向CF卡控制寄存器寫入或從CF卡控制寄存器讀出扇區(qū)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。?

　　錯(cuò)誤寄存器(R)和特性寄存器(W):錯(cuò)誤寄存器反映控制寄存器在診斷方式或操作方式下的錯(cuò)誤原因。特性寄存器一般不使用。?

　　扇區(qū)數(shù)寄存器(R/W):用來記錄讀、寫命令的扇區(qū)數(shù)目。?

　　扇區(qū)號(hào)寄存器(R/W):用來記錄讀、寫和校驗(yàn)命令指定的起始扇區(qū)號(hào)。?

　　柱面號(hào)寄存器(R/W):用來記錄讀、寫、校驗(yàn)和尋址命令指定的柱面號(hào)。?

　　驅(qū)動(dòng)器/磁頭寄存器(R/W):記錄讀、寫、校驗(yàn)和尋道命令指定的驅(qū)動(dòng)器號(hào)、磁頭號(hào)和尋址方式(CHS模式或LBA模式)。?

　　狀態(tài)寄存器(R)和命令寄存器(W):狀態(tài)寄存器反映CF卡驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行命令后的狀態(tài),讀該寄存器要清除中斷請(qǐng)求信號(hào)。命令寄存器接收主機(jī)發(fā)送的CF卡工作的命令控制字^[1]。?

2.2 CF卡的編址方式?

　　CF卡的扇區(qū)尋址有兩種方式:物理尋址方式(CHS)和邏輯尋址方式(LBA)。物理尋址方式使用柱面、磁頭和扇區(qū)號(hào)表示一個(gè)特定的扇區(qū)。起始扇區(qū)是0磁道、0磁頭、1扇區(qū),接下來是2扇區(qū),一直到EOF扇區(qū);接下來是同一柱面1頭、1扇區(qū)等。邏輯尋址方式將整個(gè)CF卡同一尋址。邏輯塊地址和物理地址的關(guān)系為:?

　　LBA地址=(柱面號(hào)×磁頭數(shù)+磁頭號(hào))×扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)數(shù)-1?

　　采用邏輯尋址方式,沒有磁頭和磁道的轉(zhuǎn)換操作,因此在訪問連續(xù)扇區(qū)時(shí),操作速度比物理尋址方式快。?

3 磁盤文件管理系統(tǒng)簡介?

　　為了能夠?qū)Υ笕萘看疟P上的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理,Win9X在磁盤上建立了一個(gè)文件系統(tǒng)。該文件系統(tǒng)可對(duì)磁盤上的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。?

　　磁盤文件系統(tǒng)將整個(gè)磁盤劃分為4個(gè)獨(dú)立的區(qū)域,每個(gè)區(qū)域包含磁盤的獨(dú)立信息,且這4個(gè)獨(dú)立區(qū)域中的信息組合成一個(gè)完整有效的磁盤文件管理系統(tǒng),如表1所示。?

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　　(1)DOS引導(dǎo)扇區(qū):該扇區(qū)是磁盤的引導(dǎo)扇區(qū),包含一些重要的磁盤系統(tǒng)信息,如:磁盤總共包含多少個(gè)扇區(qū),每個(gè)簇包含多少個(gè)扇區(qū),每個(gè)扇區(qū)包含多少個(gè)字節(jié)等。通過這些磁盤系統(tǒng)信息可以計(jì)算出磁盤的容量、FAT表和FDT表的起始位置以及文件數(shù)據(jù)存放的起始位置等。?

　　(2)文件分配區(qū)(FAT):文件分配區(qū)包含兩個(gè)完全相同的FAT表,其中一個(gè)FAT表用作備份FAT。每個(gè)FAT表以16字節(jié)為一個(gè)單元。FAT的每一個(gè)單元都映射磁盤上的一個(gè)簇。一般而言,FAT表的第M個(gè)單元就映射該磁盤上的第M個(gè)簇,其中的值就反映了該簇的使用情況。?

　　(3)根目錄區(qū)(FDT):根目錄區(qū)專門用來存放根目錄下的文件信息。根目錄下的每一個(gè)文件在該目錄區(qū)都對(duì)應(yīng)一個(gè)32字節(jié)的目錄項(xiàng)。這32字節(jié)的目錄項(xiàng)包含文件的名稱、屬性、文件的長度、文件在磁盤上的起始簇號(hào)、文件建立和最后修改的日期和時(shí)間等。這些32字節(jié)的小單元互相首尾相接,中間沒有任何分隔標(biāo)志。?

　　(4)文件數(shù)據(jù)區(qū):該區(qū)是磁盤存放所有信息的場所。為了便于管理,文件管理系統(tǒng)以簇為單位將文件分配在文件數(shù)據(jù)區(qū)的存儲(chǔ)空間。1簇總是2ⁿ個(gè)連續(xù)扇區(qū)。文件在文件數(shù)據(jù)區(qū)存放的起始位置存放在其對(duì)應(yīng)目錄下的FDT表中,當(dāng)文件的長度大于1K時(shí),文件數(shù)據(jù)區(qū)的后續(xù)位置保存在FAT表中,即對(duì)應(yīng)的FAT單元中的數(shù)值就是文件的后續(xù)部分所存放位置的簇號(hào)。?

　　文件管理系統(tǒng)通過以上4個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)磁盤上的文件進(jìn)行有效的管理。文件管理系統(tǒng)將文件數(shù)據(jù)存放在文件數(shù)據(jù)區(qū),將文件的屬性存放在文件對(duì)應(yīng)目錄下的FDT表中,將文件的存放位置存放在FAT表中。因此文件管理系統(tǒng)通過FAT表和FDT表可以很方便地對(duì)文件數(shù)據(jù)區(qū)的文件進(jìn)行管理。?

4 TMS320VC5421與CF卡的硬件接口?

　　TMS320VC5421對(duì)外有I/O、程序和數(shù)據(jù)3個(gè)并行的16位訪問空間,分別由對(duì)應(yīng)的空間選擇信號(hào)線選通。本硬件電路選用TMS320VC5421的I/O空間與CF卡接口,采用數(shù)據(jù)線分時(shí)復(fù)用方式。?

　　如圖3所示,本電路使用DSP子系統(tǒng)A與前向通道相連。DSP子系統(tǒng)A對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理后,通過核間的3種數(shù)據(jù)傳輸方式將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到DSP子系統(tǒng)B中,并且通過核間中斷IPIRQ通知DSP子系統(tǒng)B可以存儲(chǔ)CF卡。?

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4.1 CF卡即插即用的實(shí)現(xiàn)?

　　(1)硬件提供判斷條件。CF卡為了實(shí)現(xiàn)即插即用的功能,在自身電路上提供了兩個(gè)用來檢測CF卡是否存在的管腳(CD1、CD2)。CD1和CD2的有效電平為低電平,即當(dāng)主機(jī)檢測到與其相連的CD1和CD2兩個(gè)管腳同時(shí)為低電平時(shí),可判斷出CF卡與主機(jī)相連;當(dāng)主機(jī)檢測到與其相連的CD1和CD2有一個(gè)管腳不為低,則可判斷出CF卡未與主機(jī)相連。?

　　(2)軟件實(shí)現(xiàn)。首先定義全局變量(如:IsExist)用于記錄CF卡是否與主機(jī)相連，當(dāng)IsExist為0時(shí)表示CF卡未與主機(jī)相連;當(dāng)IsExist為1時(shí)表示CF卡與主機(jī)相連。其次在每次操作CF卡時(shí)檢測CF卡的CD1和CD2管腳。當(dāng)檢測到CD1和CD2管腳為低電平且IsExist為0時(shí)復(fù)位CF卡,重新檢測CF卡的FAT表統(tǒng)計(jì)還剩余多少空間可以分配,檢測完FAT表后置變量IsExist為1。當(dāng)檢測到CD1和CD2管腳為低電平且IsExist為1時(shí),繼續(xù)CF卡的正常操作。當(dāng)檢測到CD1和CD2為高時(shí),停止CF卡操作,置變量IsExist為0。?

4.2 文件的存儲(chǔ)?

??? 向CF卡創(chuàng)建文件的流程如圖4所示。在CF卡初始化后(包含CF卡上電復(fù)位和統(tǒng)計(jì)剩余空間等),DSP向CF卡存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的核心部分就是首先向一些必要的寄存器填寫必要的信息,如向扇區(qū)號(hào)寄存器填寫讀寫數(shù)據(jù)的起始扇區(qū)號(hào)(LBA地址)和扇區(qū)數(shù)寄存器填寫讀寫數(shù)據(jù)所占的扇區(qū)個(gè)數(shù)等。然后向CF卡的命令寄存器寫入CF卡操作的命令字,如寫操作則向CF卡的命令寄存器寫入30H,讀操作向CF卡的命令寄存器寫入20H等。?

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　　本文介紹的TMS320VC5421與CF卡的接口電路已在實(shí)際印刷電路板上成功實(shí)現(xiàn),該小型系統(tǒng)在工業(yè)設(shè)備的前端電路中具有廣闊的應(yīng)用前景。?

參考文獻(xiàn)?

1 CompactFlash Association. CF+ and CompactFlash Specification Revision 1.4. 1999.7?

2 彭啟琮.TMS320C54x實(shí)用教程.成都:電子科技大學(xué)出版社，1999.7?

3 王念旭.DSP基礎(chǔ)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:北京航空航天大學(xué)出版社， 2001?

4 張雄偉. DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用. 北京:電子工業(yè)出版社，1997