CF卡與雙核DSP的實現

時間：2024-07-06 20:13:06 理工畢業論文

CF卡與雙核DSP的實現

摘要：介紹了目前PC機中最為流行的硬盤接口技術和磁盤文件管理系統，并在此基礎上實現了雙核TMS320VC5421與CompactFlash存儲卡的接口，解決了嵌入式系統普遍存在的數據空間狹小的問題。

目前，許多工業檢測系統要求其前端設備能實時采集大量數據，有些系統甚至還要求其前端設備能夠完成實時的數據處理。因此一般工業檢測系統將其前端嵌入式系統與一臺PC機相連或其前端設備就是一臺PC機，再通過網絡將采集到的數據傳遞給主控制系統。這類工業檢測系統體積較大且對外部的環境要求高。

本文實現了TMS320VC5421與CompactFlash存儲卡（以下簡稱CF卡）的接口。利用DSP的高速數字信號處理能力可完成數據的實時采集和處理；利用CF卡的容量大、非易失性和即插即用的特性可完成數據保存和傳輸。因此TMS320VC5401與CF卡的接口在工業檢測前端系統的應用中有很好的前景。

1 TMS320VC5421芯片介紹

數字信號處理器（DSP）是數字信號處理理論與超大規模集成電路（VLSI）技術融合的結晶。TMS320VC5421更是定點系列DSP中的佼佼者。其系統框架如圖1所示。

TMS320VC5421有4個主要特點：

（1）TMS320VC5421包含兩個獨立的DSP子系統。每個子系統都有獨立的程序空間、數據空間和I/O空間，且每個子系統分別具有片內4套總線即4條地址總線、4條數據總線（3種數據總線用來訪問片內數據空間，1條數據總線用來訪問程序空間）和2個地址發生輔助寄存器來實現并行運算和并行存儲功能，提高CPU的運算效率。

（2）TMS320VC5421的每一個子系統都有6個獨立的DMA通道，且可對每個DMA通道進行獨立編程。TMS320VC5421的兩個子系統的所有程序空間、數據空間和I/O空間都在每個DMA通道的尋址范圍內。

（3）TMS320VC5421的工作頻率最高可達到100MIPS，且兩個子系統的工作時鐘統一由子系統A控制。

（4）TMS320VC5421的兩個子系統之間同步信號可以由IPIRQ中斷提供。

TMS320VC5421有3種方式實現不同子系統中的數據傳輸：

（1）將數據存放在兩個子系統共享的128KB程序空間中，由共享的128KB程序空間實現數據傳遞。

（2）將數據存放在與兩個系統分別相連的16字的FIFO中，由FIFO實現兩個子系統的數據傳遞。

（3）通過DMA將數據傳輸到任意子系統的任意空間。

2 CompactFlash存儲卡產品介紹

CompactFlash技術是由CompactFlash協會（CFA）提出的一種與PC機的ATA接口標準兼容的新技術，它致力于開發一種先進的、速度快、容量大、體積小、質量輕、功耗低且可移動的數字信息存儲產品。

由圖2可知，CF卡包含兩個基本部分：片內的芯片控制器和片內的存儲模塊。片內的存儲模塊用來存儲數字信息，片內的芯片控制器用來實現與主機的接口及控制數據在存儲模塊中的傳輸。

2.1 CF卡控制器

CF卡控制器中包含兩組寄存器：命令寄存器和控制寄存器。命令寄存器用來接受命令和傳輸數據；控制寄存器用作磁盤控制。這兩個寄存器組通過REG信號進行區分。控制寄存器組主要用于控制CF卡的工作方式；命令寄存器組被分配在與ATA標準兼容的地址空間。當CF卡工作在I/O方式下，命令寄存器組的地址空間為IF0H～1F7H和3F6H～3F7H；當CF卡工作在寄存器方式下，命令寄存器組的地址空間為1F0H～1FFH。

當CF卡工作在存儲器方式下，CF卡按照ATA標準以寄存器方式傳送數據、命令和地址。些寄存器除數據寄存器為16位外，其它寄存器均為8位。

數據寄存器（R/W）：這是一個16位數據寄存器，用于對扇區的讀寫操作。主機通過該寄存器向CF卡卡控制器寫入或從CF卡控制寄存器讀出扇區緩沖區的數據。

錯誤寄存器（R）和特性寄存器（W）：錯誤寄存器反映控制寄存器在診斷方式或操作方式下的錯誤原因。特性寄存器一般不使用。

扇區數寄存器（R/W）：用來記錄讀、寫命令的扇區數目。

扇區號寄存器（R/W）：用來記錄讀、寫和校驗命令指定的起始扇區號。

柱面號寄存器（R/W）：用來記錄讀、寫、校驗和尋址命令指定的柱面號。

驅動器/磁頭寄存器（R/W）：記錄讀、寫、校驗和尋道命令指定的驅動器號、磁頭號和尋址方式（CHS模式或LBA模式）。

狀態寄存器（R）和命令寄存器（W）：狀態寄存器反映CF卡驅動器執行命令后的狀態，讀該寄存器要清除中斷請求信號。命令寄存器接收主機發送的CF卡工作的命令控制字[1]。

2.2 CF卡的編址方式

CF卡的扇區尋址有兩種方式：物理尋址方式（CHS）和邏輯尋址方式（LBA）。物理尋址方式使用柱面、磁頭和扇區號表示一個特定的扇區。起始扇區是0磁道、0磁頭、1扇區，接下來是2扇區，一直到EOF扇區；接下來是同一柱面1頭、1扇區等。邏輯尋址方式將整個CF卡同一尋址。邏輯塊地址和物理地址的關系為：

LBA地址=(柱面號×磁頭數磁頭號) ×扇區數扇區數-1

采用邏輯尋址方式，沒有磁頭和磁道的轉換操作，因此在訪問連續扇區時，操作速度比物理尋址方式塊。