摘 要 介紹CompactFlash卡的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；結(jié)合美國德州儀器(TI)公司的TMS320C54x 系列數(shù)字信號處理器(DSP)，詳細(xì)地說明了DSP與CompactFlash卡接口設(shè)計中的關(guān)鍵軟硬件技術(shù)；同時以TMS320C549 CSP評估板為基礎(chǔ)，設(shè)計完成了DSP與CompactFlash卡之間的接口電路，正確實現(xiàn)了DSP對CompactFlash卡的讀寫及數(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、智能型是未來存儲技術(shù)的發(fā)展方向。近年來，各種小型存儲媒體不斷問世，在便攜式設(shè)備中應(yīng)用廣泛。這些存儲媒體大多以Flash Memory(閃爍存儲器)為主要載體，內(nèi)部用微處理器進行時序控制和存儲管理，通常做成非易失性存儲卡形式。
目前常見的存儲卡類型有：①MultiMedia Card(多媒體卡)；②CompactFlash Card(快閃磁盤卡)；③SmartMedia Card(智能媒體卡)；④MemoryStick(記憶棒)。各存儲卡在功耗、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(以下簡稱CF卡)由SanDisk 公司于1994年生產(chǎn)，隨后CFA CompactFlash Association 協(xié)會(它是一個由國際IT公司為了共同利益而成立的非盈利機構(gòu))于1995年10月成立并陸續(xù)制訂了詳細(xì)的CompactFlash 存儲卡統(tǒng)一規(guī)范，該規(guī)范目前已成為一個工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
由于CF卡容量大、價格低，接口兼容磁盤IDE、ATA及Memory等格式，和其它存儲卡相比，CF卡使用越來越普遍。在大容量便攜式數(shù)據(jù)存儲和傳輸過程中，CF卡有著非常廣泛的應(yīng)用前景，如數(shù)碼相機、MP3播放器、PDA(個人數(shù)字助理)、數(shù)字式錄音機、筆記本電腦、手提電話、機頂盒等。預(yù)計今后在其它領(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)需要大容量的存儲媒體進行數(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，為了實現(xiàn)DSP對CF卡的數(shù)據(jù)訪問和管理功能，本文給出了基于DSP的CF卡接口設(shè)計，該設(shè)計在多個科研項目中得到了應(yīng)用和推廣。

(2)訪問速度快，寫入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)達到了1.2GByte。
(5)無機械結(jié)構(gòu)，抗沖擊(達2000G)，耐震動(達15G)。
(6)可靠性高，有效的數(shù)據(jù)保護及糾錯編碼技術(shù)，使得CF卡平均無故障工作時間達一百萬小時。
(7)供電靈活，支持5V或3.3V電源電壓。
(8)具有熱插拔、掉電時數(shù)據(jù)不丟失、保存數(shù)據(jù)時間長、可重復(fù)擦寫(一百萬次)等特點。

2.2 DSP簡介
隨著數(shù)字信號處理器(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、聲納、語音合成、圖像處理、多媒體技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)等各個領(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)展和擴大。本系統(tǒng)采用TI公司的TMS320C54x系列定點高性能低功耗型數(shù)字信號處理器實現(xiàn)和CF卡的連接。TMS320C54x DSP芯片的主要特點 2~4 如下：
(1)40~160MIPS的運算速度。
(2)先進的多總線結(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)邏輯運算單元(ALU)。
(4)17×17位并行乘法器。
(5)192K字可尋址存儲空間(64K字程序存儲器，64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器以及64K字I/O空間)，其中C548、C549和有些C54x x程序存儲空間可擴展至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序關(guān)系。
2.3 硬件接口
TMS320C54x對外有I/O、程序及數(shù)據(jù)3個并行16位訪問空間，分別由對應(yīng)的空間選擇信號線選通，本設(shè)計選用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，當(dāng)片選信號－CE1和－CE2同時有效時，為16位訪問格式；當(dāng)－CE2置高，－CE1單獨有效時，為8位訪問格式。CD1、CD2為CF卡存在性硬件檢測腳，內(nèi)部和地相連，當(dāng)CF卡有效插入卡座時，對應(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，當(dāng)CF卡忙時，該腳置低，此時DSP不能對其訪問及進行其它操作。－WE、－OE為讀寫有效信號。－REG為寄存器選擇信號線，－REG為高時訪問數(shù)據(jù)存儲器（命令或數(shù)據(jù)），為低時訪問屬性存儲器。上電時，CF卡自動完成復(fù)位，并在缺省狀態(tài)下進入memory模式，也可由外部主機經(jīng)RESET腳對CF卡重新復(fù)位。DSP的A15~A12、－IOSTRB、－IS、R/－W腳輸出到CPLD，作為I/O空間的讀寫信號選通和地址譯碼。

3.2.3 擦除一個扇區(qū)
DSP先檢查CF卡狀態(tài)，當(dāng)CF卡寫入有效時，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，首先在TMS320c549 EVM 開發(fā)板上成功實現(xiàn)了DSP對CF卡的各種常用命令的操作，并通過設(shè)置CPLD的邏輯關(guān)系，正確實現(xiàn)了對CF卡采用8位或16位格式的操作，多種訪問格式提高了應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。本文設(shè)計的接口電路具有廣泛的應(yīng)用價值，并已經(jīng)在數(shù)字語音錄音系統(tǒng)中獲得成功應(yīng)用。