在單片機工業(yè)應(yīng)用的許多場合需要存儲器來存儲大量的數(shù)據(jù)，而且要求斷電時能夠保存數(shù)據(jù)。但一些單片機的Flash Memory芯片容量有限，在大數(shù)據(jù)量的場合使用難以滿足要求。相比較而言，CF卡是與出現(xiàn)更早且尺寸更大的PCMCIA I型內(nèi)存卡競爭的批閃存標準之一，它初是建立在英特爾的或非型閃存的基礎(chǔ)上，之后改為使用與非型閃存。CF是老也是成功的標準之一，尤其適合相機市場。它具有比其它存儲方式更長的壽命以及較低的單位容量成本，同時也可以在較小的尺寸上提供較大的容量。

　　由于使用的或非型閃存的存儲密度低于較新的與非型閃存，CF卡的體積是90年代初期出現(xiàn)的三種存儲卡中的（另兩種是Miniature Card—MiniCard和SmartMedia卡）在之后，CF卡也改用了與非型閃存，另外，IBM的微型硬盤并沒有使用固態(tài)存儲器。

　　1 CF卡簡介

　　CF卡（Compact Flash）初是一種用于便攜式電子設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。作為一種存儲設(shè)備，它革命性的使用了閃存，于1994年首次由SanDisk公司生產(chǎn)并制定了相關(guān)規(guī)范。當前，它的物理格式已經(jīng)被多種設(shè)備所采用。CF卡比早期的PC卡（PCMCIA）I型更細小，然而厚度則和PC卡I及II型相同。CF卡是早期記憶卡規(guī)格之中成功的，受歡迎程度比Miniature Card、SmartMedia卡及PC卡I型更勝一籌。在應(yīng)用在體積較小的器材時，SmartMedia卡曾經(jīng)是CF卡的主要競爭對手，從市場滲透率而言甚至一度超越CF卡。不過，SmartMedia的優(yōu)勢，將因新制式的記憶卡出現(xiàn)而終止（大約于2002-2005年時）。九十年代末至廿一世紀初出現(xiàn)的記憶卡制式（如SD/MMC，各種 Memory Stick，xD圖像卡等等）有著激烈競爭。新款記憶卡的體積比CF卡小數(shù)倍，某程度上與當時CF比PC Card的相差還要大。新制式將會主導(dǎo)掌上電腦，手提電話以及消費級數(shù)碼相機，特別是超迷你型號。

　　CF接口已廣泛用于PDA、筆記本電腦、數(shù)碼相機和包括臺式機在內(nèi)的各種設(shè)備。到2005年，CF卡的容量規(guī)格從的8MB到可達12GB。CF卡（Compact Flash）是1994年由SanDisk推出的。CF卡具有PCMCIA-ATA功能，并與之兼容；CF卡重量只有14g，僅紙板火柴般大小（43mm x 36mm x 3.3mm），是一種固態(tài)產(chǎn)品，也就是工作時沒有運動部件。CF卡采用閃存（flash）技術(shù)，是一種穩(wěn)定的存儲解決方案，不需要電池來維持其中存儲的數(shù)據(jù)。對所保存的數(shù)據(jù)來說，CF卡比傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器安全性和保護性都更高；比傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器及Ⅲ型PC卡的可靠性高5到10倍，而且CF卡的用電量僅為小型磁盤驅(qū)動器的5%。這些優(yōu)異的條件使得大多數(shù)數(shù)碼相機選擇CF卡作為其存儲介質(zhì)。

　　CF卡的結(jié)構(gòu)是在一個紙板火柴盒大小的卡空間上包含了一個單片控制器和閃存模塊，集成了控制裝置、Flash Memory陣列和讀寫緩沖區(qū)，可以提供相當可觀的存儲容量和標準的電氣接口協(xié)議，控制器和主機接口允許閃存模塊的數(shù)據(jù)被讀寫。

　　2  CF卡的硬件接口模式

　　由于CF卡有一個內(nèi)置的控制器，因此對CF卡內(nèi)部數(shù)據(jù)的存取和對ATA硬盤的存取很相似，而與大多數(shù)通過線性地址來存取數(shù)據(jù)的RAM、ROM和其他閃存卻不一樣。CF卡和主機的接口靈活，且有多種接口模式。每一種硬件接口模式都有自己的執(zhí)行設(shè)置，引腳的定義也略有差異。

　　2.1 真正的IDE模式（True IDE Mode）

　　將CF卡連接器的-OE引腳接地，即可實現(xiàn)IDE模式。在IDE模式下，單片機對CF卡的存取如同單片機操作等容量的硬盤一樣。這種模式常用于不要求CF卡的可移動性或者是一旦主機系統(tǒng)上電，CF卡被專有使用的情況。CF卡轉(zhuǎn)化成IDE模式的典型電路如圖1所示。

　　通過圖1所示的電路可以將CF卡的50個引腳轉(zhuǎn)化成44個引腳的IDE接口，1～40個引腳即可組成標準的IDE接口。轉(zhuǎn)化后的IDE接口和單片機相連使操作CF卡就像操作硬盤一樣，引腳CE1、CE2用作片選信號，引腳HD0～HD7用作數(shù)據(jù)線，IORD、IOWR和單片機讀寫引腳相連，通過主機發(fā)出讀寫信號來讀寫CF卡，IORDY作為輸入/輸出準備好信號，IOCS16用來決定是16位數(shù)據(jù)存取還是8位數(shù)據(jù)存取。

　　2.2 映射存儲模式

　　在映射存儲模式（Memory Mapped Mode）下，CF卡被配置為主存儲空間的一個地址范圍，CF卡為缺省工作模式。該模式能夠通過配置選項寄存器（偏移地址為＄200）來設(shè)置。

　　2.3 映射I/O模式

　　通過配置選項寄存器（偏移地址為＄200）來設(shè)置CF卡到映射I/O模式（I/O Mapped Mode）。該模式能和PC-AT（ISA）信號兼容，并通過引腳-SPKR、-IORD、-IOWR、-IREQ、-IOCS16、-INPACK和-STSCHNG來達到這一目的。映射I/O模式允許設(shè)計者將閃存地址空間合并到Intel處理器的存儲空間，使得CF卡似乎有明確的輸入/輸出地址線。

　　2.4 由PCMCIA控制裝置控制的PCMCIA卡模式

　　這種模式完全獨立于主機設(shè)計，CF卡能夠通過一個PC卡接口芯片控制器（如PD6710 PC，Intel 365卡主機適配器）被主機系統(tǒng)存取。PCMCIA是一種很好的工業(yè)標準，能夠支持除ATA閃存卡以外的其他存儲卡。

　　3 典型接口電路及工作原理

　　對于與單片機接口而言，IDE模式和映射存儲模式是2種應(yīng)用多的模式，而映射I/O模式和PCMCIA卡模式主要用于和PC機接口，不是本文所討論的范圍，故在此不詳述，CF卡的典型電路如圖2所示。

　　CF卡的主要功能引腳有：數(shù)據(jù)線D0～D15（用于數(shù)據(jù)的讀寫），地址線A0～A9，片選及數(shù)據(jù)選擇CS1、CS0，讀寫控制端ATA SEL、WE，寄存器選擇REG，卡讀寫忙判斷INTRQ、RESET等。CF可以工作于16位數(shù)據(jù)總線方式也可以工作于8位總線方式。在讀寫速度的要求不是很嚴格的情況下，為了便于和8位MCU接口，一般選擇8位數(shù)據(jù)總線工作方式。若選擇8位工作方式，CS1應(yīng)接固定高電平，而CS0低電平有效。CF卡在Memory工作方式下，僅地址線A0～A3起作用，用于選擇讀寫端口，其余地址線可以接固定電平。REG用于選擇是對CF卡發(fā)送命令、狀態(tài)讀寫還是讀寫CF卡的屬性寄存器。REG=1時為讀寫命令。在Memory方式下，對CF的控制和數(shù)據(jù)讀寫均是通過對這幾個端口的讀寫來實現(xiàn)的。INTRQ用于判斷CF卡是否處于讀寫忙狀態(tài)，可以在對CF卡進行讀寫之前利用此引腳來判斷CF卡是否空閑。

　　圖2中：CF卡工作于Memory方式，8位數(shù)據(jù)總線，單片機按標準的P2、P0口復(fù)用方式與CF卡接口。CS0～CS1、REG分別接單片機的P2.6、P2.5、P2.7，端口選擇A3～A0接收經(jīng)373鎖存的低4位地址，CF卡的讀寫引腳分別與單片機的讀寫信號相接。若把閑置地址引腳接固定電平，則系統(tǒng)分配給CF卡的端口地址為[B000]～[B007]。INTRQ（即BSY/RDY）腳接到單片機的P1.7。

　　CF卡讀寫以扇區(qū)為單位，每扇區(qū)為512字節(jié)，每次可讀寫1個或多個連續(xù)的扇區(qū)。設(shè)計時使用邏輯塊尋址方式（Logical Block Addressing，LBA）訪問CF卡數(shù)據(jù)。讀寫操作時首先指定讀寫的扇區(qū)數(shù)和LBA地址，然后往命令寄存器發(fā)出讀命令（20H）或?qū)懨睿?0H），等待CF卡就緒后即可通過數(shù)據(jù)寄存器連續(xù)讀寫數(shù)據(jù)。使用LBA模式來存取CF卡的子程序如下：

　　雖然初CF卡是采用Flash Memory的存貯卡，但隨著CF卡的發(fā)展，各種采用CF卡規(guī)格的非Flash Memory卡也開始出現(xiàn)，CFA后來又發(fā)展出了CF+的規(guī)格，使CF卡的范圍擴展到非Flash Memory的其它領(lǐng)域，包括其它I/O設(shè)備和磁盤存貯器，以及一個更新物理規(guī)格的Type II規(guī)格（IBM的Microdrive就是Type II的CF卡），Type II和原來的Type I相比不同之處在于Type II厚5mm。CF卡同時支持3.3伏和5伏的電壓，任何一張CF卡都可以在這兩種電壓下工作，這使得它具有廣闊的使用范圍。CF存貯卡的兼容性還表現(xiàn)在它把Flash Memory存貯模塊與控制器結(jié)合在一起，這樣使用CF卡的外部設(shè)備就可以做得比較簡單，而且不同的CF卡都可以用單一的機構(gòu)來讀寫，不用擔心兼容性問題，特別是CF卡升級換代時也可以保證舊設(shè)備的兼容性。

　　本文給出了CF卡和單片機接口的方法，通過這些方法能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)采集和存儲，存儲到CF卡中的數(shù)據(jù)能長期保存，攜帶方便。實踐證明，CF卡是一種理想的大容量數(shù)據(jù)存儲卡，具有廣泛的應(yīng)用前景。