Intel Xscale PXA255嵌入式处理器与CF卡的

Intel Xscale PXA255嵌入式处理器与CF卡的

以导航设备存储系统应用为例，本文讨论了Intel Xscale PXA255嵌入式处理器与CF卡的硬件接口设计，并以读写CF卡扇区的程序为例，给出了CF卡软件编写的技巧。该设计为基于PXA255处理器的嵌入式系统提供了扩展存储空间的一种方法。

图1：CF卡结构框图

CF卡结构和工作原理

Compact Flash技术是由CF协会(CFA)提出的一种与PC机ATA接口标准兼容的技术。如图1，CF卡由两个基本部分构成：内部控制器和闪存模块。CF卡的闪存模块基本上都使用NAND型闪存，用于存储数据。内部控制器用来实现CF卡与主机的接口以及控制数据的传输。CF卡内部控制器的设计完全模拟硬盘，使用标准的ATA/IDE接口。

CF卡扇区寻址有两种方式：物理寻址方式(CHS)和逻辑寻址方式(LBA)。物理寻址方式使用柱面、磁头和扇区号表示一个特定的扇区，起始扇区是0磁道、0磁头、1扇区，接着是2扇区，一直到EOF扇区；接下来是同一柱面1头、1扇区等。逻辑寻址方式将整个CF卡同一寻址。逻辑块地址和物理地址的关系为：LBA地址=(柱面号×磁头数+磁头号)×扇区数+扇区数-1。

CF卡没有机械结构，因此CF卡的扇区寻址适宜采用逻辑寻址方式。逻辑寻址方式没有磁头和磁道的转换操作，因此在访问连续扇区时，操作速度比物理寻址方式快得多。

图2：CF卡地址空间存储映像

7．状态寄存器(读)和命令寄存器(读/写)，读操作时，该寄存器是状态寄存器，指示CF卡控制器执行命令后的状态，读状态寄存器则返回CF卡的当前状态；写操作时，该寄存器是命令寄存器，接收主机发送给CF卡的控制命令。

PXA255处理器与CF卡的硬件接口设计

1. PXA255的PC Card/CF卡控制器

PXA255处理器PC Card/CF卡控制器可以支持一个PCMCIA卡或CF卡插槽，利用nPSKTSEL引脚可以支持第2个插槽。寄存器MECR用于向PXA255处理器的PC Card/CF卡控制器指出是否有CF卡插入，以及系统支持的CF卡的插槽数目。在有卡插入时，软件必须将MECR的CIT比特位置1；所有的卡拔出时，则必须将之清零。

PXA255处理器PC Card/CF卡接口支持8、16位外围设备，而且可以处理公共存储器(Common Memory)、I/O和特性存储器(Attribute Memory)三种方式的存取。每次访问的时间取决于MCMEMx、MCATTx和MCIOx寄存器的设置。图2给出了PXA255处理器16位PC Card/CF卡地址空间的存储器映像。16位PC Card/CF卡存储器映像空间分为8块。每个插槽对应其中4块，分别为公共存储器、I/O、特性存储器和保留空间。每个块的大小为64M。

每次访问PC Card /CF卡对应的地址空间，PC Card/CF卡控制器将同时驱动信号SA_A25：0、nPREG和nPSKTSEL。(注：PXA255处理器的地址总线为SA_A25：0。)

如果访问公共存储器和特性存储器地址空间，PC Card/CF卡控制器驱动地址总线的时候，同时驱动nPCE1、nPCE2信号，并使用nPOE和nPWE信号作为读写控制信号。

2. PXA255与CF卡硬件接口设计

本设计仅采用一个CF卡插槽，使用Socket0的I/O地址空间，而且CF卡采用True IDE模式。则访问地址空间为0x20000000-0x24000000时，PC Card/CF卡控制器将同时驱动信号SA_A25：0、nPREG和nPSKTSEL，并使用nPIOW和nPIOR信号作为读写控制信号。True IDE模式支持8位存取，也支持16位存取。

需要注意的是，在True IDE模式下，nOE不是读使能信号，而是CF卡True IED模式的使能信号。CF卡上电时，若nOE(PIN9)为"0"，则CF卡自动进入True IDE模式；若nOE="1"则进入PC Card 模式。当电源一直接通时，热拔插CF卡将会使其从原来的True IDE模式重新配置成PC Card模式。因此，热插拔过程中，为了使CF卡工作在True IDE模式，需要在CF卡加电启动的时侯，同时将nOE信号接地。实现的方法：在CPLD中将nOE置0。True IDE模式下，nWE也不用作写使能信号，而应该由主机将之接地。处理方法：在CPLD中将其只置为1。

还有一点需要注意的是： Reset信号在True IDE 模式下低电平有效，而在其它模式下高电平有效。将Reset信号接到PXA255的系统复位信号Reset_SYS。

True IDE模式下，PXA255处理器与CF卡的硬件接口电路如图3所示。

3. CF卡热插拔、即插即用功能的实现

在自身设计上，CF卡注重软硬件两方面的配合。软硬件的协同设计可以实现CF卡热插拔、即插即用的功能。

一是硬件提供判断条件。CF卡硬件电路提供了两个用来检测CF卡是否存在的引脚(nCD1和nCD2)。nCD1和nCD2的有效电平均为低电平，当主机检测到与其相连的nCD1和nCD2引脚同时为低电平时，可判断出CF卡与主机相连；当主机检测到与其相连的nCD1和nCD2两个引脚不同时为低电平，则可判断出CF卡未与主机相连。

表1：True IDE模式I/O编码

二是软件。首先定义全局变量(如：Cf_IsInsert)，用于记录CF卡是否与主机相连：当Cf_IsInsert为0时表示CF卡未与主机相连；当Cf_IsInsert为1时表示CF卡与主机相连。然后，在每次操作CF卡之前都先检测CF卡的nCD1和nCD2引脚。当检测到nCD1和nCD2引脚同时为低电平(有卡插入)且Cf_IsInsert为0时，复位CF卡，重新检测CF卡的FAT表，统计还有多少剩余空间可以分配。检测完毕后，置变量Cf_IsInsert为1，然后设置MECR寄存器CIT比特位。当检测到nCD1和nCD2引脚同时为低电平，且Cf_IsInsert为1时，设置MECR寄存器CIT比特位，继续CF卡的正常操作。当检测到nCD1和nCD2引脚为高时(无卡插入)，停止CF卡操作，清除MECR寄存器CIT比特位，置变量Cf_IsInsert为0。

读/写CF卡扇区程序的编写方法

CF卡的读写是以一个扇区为基本单位的。在读写一个扇区之前必须先指明当前需要读写的柱面、头和扇区或LBA地址，然后发送读写命令。一个扇区的512字节需要一次性连续读出或者写入。主机读/写CF卡上一个文件的过程是这样的：1．CF卡初始化。CF卡上电复位和统计剩余空间的大小。 2．CF卡内部控制器向CF卡某些寄存器填写必要的信息。如向扇区号寄存器填写读写数据的起始扇区号或LBA地址、向扇区数寄存器填写读写数据所占的扇区个数、设置CF卡的扇区寻址方式等。 3．向CF卡的命令寄存器写入操作CF卡的命令。如写操作向CF卡的命令寄存器写入30H，读操作向CF卡的命令寄存器写入20H。 4．CF卡有数据传输请求之后，主机读写CF卡的数据寄存器，从而实现从CF卡数据缓冲读出数据或向CF卡数据缓冲写入数据。 5．在执行以上操作的过程中，每执行一步，都应该检测状态寄存器，确定CF卡的当前状态，从而确定下一步应该执行什么操作(参考状态寄存器的BIT位的意义，编写检测代码)。

本文小结

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