Nios II与CF卡的接口设计

1 CF卡的特点及应用
点　CF卡是最近几年蓬勃发展固态非易失的存储介质，由于CF卡具有携带方便、易于升级、存储量大、抗震性好等优点，在大容量便携式数据存储和传输过程中，CF 有着非常广泛的应用前景，如数码相机、MP3播放器、PDA(个人数字助理)、数字式录音机、笔记本电脑、手提电话、机顶盒等。预计今后在其他领域将有更为广泛的应用。另外CF卡的兼容性佳，不仅同时支持3.3 V和5 V的电压，而且不同的CF卡都可以用单一的机构读写，特别是CF卡升级换代时也可以保证旧设备的兼容性。而纯电子运动的CF卡耗电量很低，仅为IBM 微型硬盘的5%。目前，CF卡容量从最早的2 MB到现今的8 GB，数据传输从最早的5 MB/s发展到现在的20 MB/s。
　　CF卡由2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 的存取方式有3种：PC Card Memory模式、PC Card I/O模式以及True IDE模式。PC Card模式与PCMCIA标准兼容。True IDE模式与ATA标准兼容。
　　3种方式相比，在True IDE模式下，CF卡与主机通信的信号最少，硬件接口最简单、软件易于实现，因此本设计采用True IDE模式。

2 CF卡接口控制器的寄存器的定义
　　在设计中，采用Altera提供的一个CF接口控制器内核实现CF卡数据的传输.该内核提供一个连接片外CF卡的Avalon总线接口，通过使用适当的时序把Avalon总线信号映射到CF卡，提供了对标准的实IDE模式寄存器的访问，允许设计者在Nios II系统中简易连接就可以使用CF卡。图1所示为CF卡接口控制器内核的结构框图。

图1 CF卡控制器内核结构框图
　　该内核提供2个Avalon总线从端口.第一个是为了访问CF设备内部的寄存器组，第二个是为了访问控制器内核内部的寄存器文件，CF核提供2个高有效的中断请求输出，一个是CF插入或移除的中断信号，另一个是把设备上的中断信号传送到Avalon主设备。
　　对于CF卡的操作(如：读/写)，其实就是对CF卡控制器的寄存器进行操作。所以，必须对CF卡的寄存器十分熟悉。这些寄存器统称为任务文件(task file)寄存器：
　　(1)数据寄存器(读/写)，用于CF卡的读写操作。主机通过该寄存器向CF卡数据缓冲写入或从CF卡数据缓冲读出数据。
　　(2)错误寄存器(读)和特性寄存器(写) 读操作时，此寄存器为错误寄存器，用于指明错误的原因；写操作时，此寄存器为特性寄存器。
　　(3)扇区数寄存器(读/写)。用来记录读、写扇区的数目。
　　(4)扇区号寄存器(读/写)，用来记录读、写和校验命令指定的起始扇区号或逻辑块地址(LBA)的BIT7:0。
　　(5)柱面号寄存器(读/写)，用来记录读、写、校验和寻址命令指定的柱面号或LBA的BIT23:8。
　　(6)驱动器/磁头寄存器(读/写)，记录读、写、校验和寻道命令指定的驱动器号、磁头号或LBA的BIT27:24，其中BIT6(LBA)用来设置CF卡扇区的寻址方式(LBA=0，采用CHS模式；LBA=1。采用LBA模式)。
　　(7)状态寄存器(读)和命令寄存器(写)，在读操作时，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；在写操作时，该寄存器是命令寄存器，接收主机发送给CF卡的控制命令。