1 引言

CF 卡(Compact Flsah Card)由于價(jià)格便宜,、存儲(chǔ)容量大,、體積小、兼容性好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于嵌入式產(chǎn)品,。然而現(xiàn)有的CF 卡接口電路存在接口復(fù)雜,，穩(wěn)定性不高等缺點(diǎn)，不能滿足客戶的需求,。通過(guò)深入研究ARM 處理器AT91RM9200 的外部總線接口(EBI),、CF 卡和CPLD 的工作原理，提出利用CPLD來(lái)改進(jìn)CF 卡接口電路以解決現(xiàn)有接口電路中存在的缺點(diǎn)。

        通過(guò)深入研究ARM 處理器AT91RM9200 的外部總線接口(EBI)及CF 卡,、CPLD 的工作原理,，設(shè)計(jì)了新的CF 卡接口電路。新的CF 卡接口電路中采用了CPLD 來(lái)代替一般CF 卡接口電路中的雙向緩沖器,、與非門(mén)等所有邏輯器件,，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)CPLD 編程來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能。實(shí)驗(yàn)表明,，該電路更加簡(jiǎn)單,、靈活、穩(wěn)定,、高速,，對(duì)接口電路的設(shè)計(jì)有重要的參考價(jià)值。

2 器件簡(jiǎn)介

2.1 外部總線接口

系統(tǒng)采用了以ARM920T 為內(nèi)核的AT91RM9200作為微處理器,，它是完全圍繞ARM920T Thumb 處理器構(gòu)建的系統(tǒng),。它有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)及標(biāo)準(zhǔn)的接口，包括一個(gè)高速片上SRAM 工作區(qū)及一個(gè)低等待時(shí)間的外部總線接口(EBI)以完成應(yīng)用所要求的片外存儲(chǔ)區(qū)和內(nèi)部存儲(chǔ)器映射外設(shè)配置的無(wú)縫連接,。外部總線接口結(jié)構(gòu)如圖1 所示,。

EBI 通過(guò)集成電路支持CF 卡與SmartMedia 協(xié)議，從而極大地降低了對(duì)外部組件的需求,。此外,，EBI可處理多達(dá)8 個(gè)外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)外設(shè)分配8 個(gè)在內(nèi)置存儲(chǔ)控制器中定義的地址空間,。數(shù)據(jù)通過(guò)16 位或32 位數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳輸,，地址總線高達(dá)26位，8個(gè)芯片選擇口(NCS[7:0])和在不同外部存儲(chǔ)控制器間復(fù)用的多個(gè)控制引腳進(jìn)行復(fù)用,。

2.2 CF 卡

CF 卡(Compact Flash Card)是采用Flash Memory技術(shù)的存儲(chǔ)卡,，具有體積小、價(jià)格低廉,、兼容性強(qiáng),、存儲(chǔ)量大等優(yōu)點(diǎn)。CF 卡支持三種接口模式,，分別是PCCard Memory Mode,、PC Card I/O Mode、True IDEMode,。因?yàn)門(mén)rue IDE Mode 不經(jīng)常使用,，故接口電路以PC Card Memory Mode 和PC Card I/O Mode設(shè)計(jì)。

2.3 CPLD

CPLD(Complex Programmable Logic Device)是一種較PLD 復(fù)雜的邏輯元件[2],，是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路,。其基本設(shè)計(jì)方法是借助集成開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，用原理圖、硬件描述語(yǔ)言等方法,，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件,，通過(guò)下載電纜(“在系統(tǒng)”編程)將代碼傳送到目標(biāo)芯片中，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng),。

該文采用的CPLD 是Altera 公司的MAX7000S系列的EPM7128SQL100-10,。它有84 個(gè)引腳，其中5 根用于ISP(IN System Programmable)下載,，可方便的對(duì)其進(jìn)行“在系統(tǒng)”編程,。EPM7128SQL100-10支持對(duì)電壓工作,，可以利用Altera 公司的第四代開(kāi)發(fā)平臺(tái)quartus Ⅱ方便地進(jìn)行仿真,、綜合和下載。

3 硬件接口電路設(shè)計(jì)

CF卡的硬件接口電路" border="0" height="471" src="http://files.chinaaet.com/images/20111130/c72d4d13-4e9d-46e5-9a9c-543c8c3de39d.jpg" width="532" />

硬件接口電路的電路圖如圖2 所示,。在此電路中用CPLD 來(lái)實(shí)現(xiàn)一般CF 卡接口電路中的雙向緩沖器和與非門(mén)等一些邏輯器件的邏輯功能,，使接口電路變的更為簡(jiǎn)單、穩(wěn)定,、高速,，而且可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)修改程序來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。

CF 卡中的_CD1,、_CD2 是CF 卡是否安裝的狀態(tài)檢測(cè)信號(hào),，在CF 卡中接地。當(dāng)CF 卡沒(méi)有安裝時(shí),，電路中_CD1,、_CD2 由上拉電阻將其輸出拉為高電平;當(dāng)CF 卡安裝時(shí)，_CD1,、_CD2 由CF 卡接地輸出為低電平,，_CD1、_CD2 相當(dāng)于CF 卡的總開(kāi)關(guān),。在實(shí)際接口電路中_CD1,、_CD2 要接10 kΩ 的上拉電阻。

將片選任務(wù)寄存器的CS4A 編程為1 則可使能EBI 的復(fù)用引腳NCS4/CFCS,、NCS5/CFCE1,、NCS6/CFCE2 為CompactFlash 信號(hào)CFCS、CFCE1,、CFCE2,，使能NOE/NRD/CFOE、NWR0/NEW/CFWE,、NWR1/NBS1/CFIOR,、NWR3/NBS3/CFIOW、A25/CFRNW為Compact Flash 信號(hào)CFOE、CFWE,、CFIOR,、CFIOW、CFRNW,。這樣就可以通過(guò)訪問(wèn)保留給NCS4 的地址空間來(lái)訪問(wèn)外部的CF 卡,。在NCS4 的地址空間中用當(dāng)前的傳輸?shù)刂穪?lái)分辨I/O 模式，通用存儲(chǔ)模式是標(biāo)志存儲(chǔ)模式,。傳輸?shù)刂房偩€的A23 用作I/O 模式選擇,。該文CF 卡用A22/REG 來(lái)分離通用存儲(chǔ)模式和標(biāo)志存儲(chǔ)模式。

在I/O 模式下,，CompactFlash 的邏輯驅(qū)動(dòng)CFIOR與CFIOW 信號(hào)上SMC 的讀寫(xiě)信號(hào),，此時(shí)CFOE 與CFWE 信號(hào)失效。同樣在通用存儲(chǔ)模式和標(biāo)志存儲(chǔ)模式下驅(qū)動(dòng)CFOE 與CFWE 信號(hào)上的SMC,，CFIOR與CFIOW 信號(hào)失效,。該邏輯如圖3 所示。

CFOE 與CFWE 通過(guò)CPLD 和CF 卡的OE 與WE連接起來(lái),，這是CF 卡在Memory Mode 的讀寫(xiě)使能,。

CFIOE 與CFIOW 通過(guò)是I/O Mode 的使能。除了使能信號(hào)外,，其他的信號(hào)對(duì)2 種模式都是相同的,。

CFCE1 與CFCE2 信號(hào)使能CF 卡的數(shù)據(jù)總線由上或是由下訪問(wèn)，具體信息見(jiàn)表1,。只有當(dāng)NCS4 引腳上的SMC 配置為驅(qū)動(dòng)8 位存儲(chǔ)器時(shí)才可進(jìn)行奇字節(jié)訪問(wèn),，NCS4 地址空間中的片選寄存器必須如表1所示進(jìn)行設(shè)置。

_CD1,、_CD2 為低電平時(shí),，CPU 的地址總線的低11 位A[10∶0]于CF 卡的地址總線A[10∶0]連通，CPU的數(shù)據(jù)總線的低16 位D[15∶0]與CF 卡的地址總線D[15∶0]連通,。CPU 的A25/CFRNW 信號(hào)是數(shù)據(jù)流的方向的,，NCS4/CFCS 信號(hào)是數(shù)據(jù)總線的傳輸使能。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱表2,。

CPU 是高速器件,，CF 卡是低速器件，在CPU 給CF 卡傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候就會(huì)發(fā)生因?yàn)榻邮账俣嚷鴣G失數(shù)據(jù)的情況,。所以需要用_WAIT 信號(hào)來(lái)延遲CPU 的發(fā)送,，這樣才能使CPU 的發(fā)送時(shí)序與CF 卡的接受時(shí)序匹配，使得數(shù)據(jù)的傳輸正確無(wú)誤,。實(shí)際電路中CF 卡的_WAIT 信號(hào)通過(guò)CPLD 來(lái)控制CPU 的NWAIT 信號(hào),，_WAIT 要接10 kΩ 的上拉電阻,。RDY/BSY 是CF 卡的工作狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)RDY/BSY 為1 時(shí),CF 卡已經(jīng)做好準(zhǔn)備接收新的數(shù)據(jù);當(dāng)RDY/BSY 為0 時(shí),，CF 卡正在接受數(shù)據(jù),，這個(gè)信號(hào)也要接個(gè)10 kΩ上拉電阻。CF 卡的復(fù)位RESET 信號(hào)也是由系統(tǒng)的復(fù)位nRESET 信號(hào)在CPLD 中反相后產(chǎn)生的,，以保持和系統(tǒng)的復(fù)位信號(hào)同步,。

4 CPLD 程序開(kāi)發(fā)

CPLD 程序在quartus Ⅱ下用Verilog HDL 語(yǔ)言編寫(xiě)。程序經(jīng)過(guò)編譯后,，下載到CPLD 中固化,。連接電路板和CF 卡，對(duì)CF 卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作,，測(cè)試結(jié)果表明數(shù)據(jù)傳輸正確無(wú)誤,，且傳輸速率更高。

5 結(jié)束語(yǔ)

該文重點(diǎn)研究了如何利用CPLD 來(lái)連接基于ARM 的嵌入式系統(tǒng)與CF 卡,。其中使用的CPLD 不但簡(jiǎn)化了接口電路,，使其適合現(xiàn)場(chǎng)編程,，同時(shí)改進(jìn)的接口電路還適合產(chǎn)生各種復(fù)雜組合邏輯和時(shí)序邏輯,。這種存儲(chǔ)技術(shù)的正確性已在電路板上得到驗(yàn)證，它為基于ARM 的嵌入式系統(tǒng)的CF 卡存儲(chǔ)提供了一種有效的解決方案,。