基于DSP的CompactFlash卡接口设计

2.2 DSP简介
随着数字信号处理器(DSP)在理论上和技术上的快速发展，其技术已广泛应用于数字通信、雷达、声纳、语音合成、图像处理、多媒体技术、生物医学等各个领域。随着科学技术的发展，其研究范围和应用领域还在不断地发展和扩大。本系统采用TI公司的TMS320C54x系列定点高性能低功耗型数字信号处理器实现和CF卡的连接。TMS320C54x DSP芯片的主要特点 2~4 如下：
(1)40~160MIPS的运算速度。
(2)先进的多总线结构(1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线)。
(3)40位算术逻辑运算单元(ALU)。
(4)17×17位并行乘法器。
(5)192K字可寻址存储空间(64K字程序存储器，64K字数据存储器以及64K字I/O空间)，其中C548、C549和有些C54x x程序存储空间可扩展至8M字。
(6)高效的并行指令系统。
(7)多种外围接口方式。
(8)软件可控的低功耗工作模式。
DSP具有很强的数据处理能力，有多种外部接口形式，如有三组并行16位的数据接口(数据总线共用)和多个带缓冲的串行接口。但这些端口不能和CF卡直接相连，本文采用一个复杂可编程逻辑器件(CPLD) 5 配合DSP和CF卡之间的逻辑控制和时序关系。

2.3 硬件接口
TMS320C54x对外有I/O、程序及数据3个并行16位访问空间，分别由对应的空间选择信号线选通，本设计选用I/O空间和CF卡接口，如图2所示。

主要由DSP、CF卡和CPLD组成memory连接模式，A3~A0为数据、命令或状态寄存器地址线。D15~D0为数据总线，可16位或8位访问，当片选信号－CE1和－CE2同时有效时，为16位访问格式；当－CE2置高，－CE1单独有效时，为8位访问格式。CD1、CD2为CF卡存在性硬件检测脚，内部和地相连，当CF卡有效插入卡座时，对应卡座上的CD1和CD2拉低，经CPLD逻辑转换可由硬件或软件判断CF卡是否存在。RDY/-BSY为CF卡状态信号，当CF卡忙时，该脚置低，此时DSP不能对其访问及进行其它操作。－WE、－OE为读写有效信号。－REG为寄存器选择信号线，－REG为高时访问数据存储器（命令或数据），为低时访问属性存储器。上电时，CF卡自动完成复位，并在缺省状态下进入memory模式，也可由外部主机经RESET脚对CF卡重新复位。DSP的A15~A12、－IOSTRB、－IS、R/－W脚输出到CPLD，作为I/O空间的读写信号选通和地址译码。

3 软件设计
3.1 CF卡指令及访问格式
CF卡共有30条命令，在memory模式下16位访问时存储器映射格式如表2所示。

无论以何种方式工作，数据读写的最小单位为一个扇区，8位格式访问时对应一个扇区的数据量为512个字节，16位时对应一个扇区的数据量为256个字。为简化程序设计，DSP用逻辑块地址LBA Lgical Block Addressing 格式访问CF卡数据。LBA地址分段输入，对应的偏移地址分别为02H、04H、06H。CF卡最大存储空间为137Gbyte =228×512 。Sec_count表示一次可访问几个扇区，偏移地址06H高8位 Command 为命令输入。数据从偏移地址08H连续读出或写入一个扇区长度。0CH、0EH空间显示CF卡的状态信息或写入特征命令。
3.2 常用命令编程
CF卡的30条命令在文献 1 中有详细描述，限于篇幅，本文仅介绍CF卡的读写、CF卡信息获取及删除一个扇区命令的编程。另外需注意，尽管CF卡可在Burst方式下达到很高的数据传输速度，但与DSP相比还比较慢，在硬件设计时应确保速度和时序的匹配。
3.2.1 数据读写
存储器读写流程如图3所示，上电后，可由DSP经RESET脚对CF卡软件复位，等CF卡准备就绪后，写入扇区数、LBA地址、读(20H)或写(30H)命令字。CF卡认可后，连续从扇区缓冲器中读出或写入256个字。注意一点，CF卡要求主机对扇区缓冲器连续读写，否则，在15ms后，CF卡会自动进入睡眠状态，使数据读写出错。

3.2.2 读出CF卡信息
CF卡中有256Byte EPROM专门存放该卡的特征信息，主要包括磁盘柱面数、磁头数、每磁道扇区数、扇区总数、缓冲区大小、缓冲区类型、纠错码位数、公司序列号等，详细内容见参考文献 1 。各公司的CF卡信息内容有一定的差别，以该公司的数据手册为准，命令格式和读写一样，命令字为0ECH，当CF卡收到读信息命令字时，会自动忽略写入扇区数及LBA地址，直接从EPROM中读CF卡信息到扇区缓冲器。

3.2.3 擦除一个扇区
DSP先检查CF卡状态，当CF卡写入有效时，输入指定扇区、LBA地址及擦除命令(0C0H)，毋需检查结果状态，该扇区被有效删除后，扇区读出值均为0。
本文介绍的基于DSP的CompactFlash卡接口设计，首先在TMS320c549 EVM 开发板上成功实现了DSP对CF卡的各种常用命令的操作，并通过设置CPLD的逻辑关系，正确实现了对CF卡采用8位或16位格式的操作，多种访问格式提高了应用系统设计的灵活性。本文设计的接口电路具有广泛的应用价值，并已经在数字语音录音系统中获得成功应用。

参考文献
1 CF+and CompactFlash Specification Revision 1.4．
CompactFlash Association， 1999.7
2 TMS320C54x DSP Reference Set Volume 1 CPU and
Peripherals． Texas Instruments Incorporated April 1999
3 TMS320c54x DSP Reference Set Volume 4 Applications
Guide． Texas Instruments Incorporated．October 1996
4 TMS320c54x DSP Reference Set Volume 5 Enhanced
Peripherals．Texas Instruments Incorporated June 1999
5 XC9500 In-System Programmable．CPLD Family．Xilinx lnc．September
15 1999