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CF卡與雙核DSP的實(shí)現(xiàn)
摘要：介紹了目前PC機(jī)中最為流行的硬盤接口技術(shù)和磁盤文件管理系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了雙核TMS320VC5421與CompactFlash存儲卡的接口，解決了嵌入式系統(tǒng)普遍存在的數(shù)據(jù)空間狹小的問題。目前，許多工業(yè)檢測系統(tǒng)要求其前端設(shè)備能實(shí)時(shí)采集大量數(shù)據(jù)，有些系統(tǒng)甚至還要求其前端設(shè)備能夠完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理。因此一般工業(yè)檢測系統(tǒng)將其前端嵌入式系統(tǒng)與一臺PC機(jī)相連或其前端設(shè)備就是一臺PC機(jī)，再通過網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳遞給主控制系統(tǒng)。這類工業(yè)檢測系統(tǒng)體積較大且對外部的環(huán)境要求高。
本文實(shí)現(xiàn)了TMS320VC5421與CompactFlash存儲卡（以下簡稱CF卡）的接口。利用DSP的高速數(shù)字信號處理能力可完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(shù)據(jù)保存和傳輸。因此TMS320VC5401與CF卡的接口在工業(yè)檢測前端系統(tǒng)的應(yīng)用中有很好的前景。
1 TMS320VC5421芯片介紹
數(shù)字信號處理器（DSP）是數(shù)字信號處理理論與超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)融合的結(jié)晶。TMS320VC5421更是定點(diǎn)系列DSP中的佼佼者。其系統(tǒng)框架如圖1所示。
TMS320VC5421有4個(gè)主要特點(diǎn)：
（1）TMS320VC5421包含兩個(gè)獨(dú)立的DSP子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)都有獨(dú)立的程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間，且每個(gè)子系統(tǒng)分別具有片內(nèi)4套總線即4條地址總線、4條數(shù)據(jù)總線（3種數(shù)據(jù)總線用來訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)空間，1條數(shù)據(jù)總線用來訪問程序空間）和2個(gè)地址發(fā)生輔助寄存器來實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)算和并行存儲功能，提高CPU的運(yùn)算效率。
（2）TMS320VC5421的每一個(gè)子系統(tǒng)都有6個(gè)獨(dú)立的DMA通道，且可對每個(gè)DMA通道進(jìn)行獨(dú)立編程。TMS320VC5421的兩個(gè)子系統(tǒng)的所有程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間都在每個(gè)DMA通道的尋址范圍內(nèi)。
（3）TMS320VC5421的工作頻率最高可達(dá)到100MIPS，且兩個(gè)子系統(tǒng)的工作時(shí)鐘統(tǒng)一由子系統(tǒng)A控制。
（4）TMS320VC5421的兩個(gè)子系統(tǒng)之間同步信號可以由IPIRQ中斷提供。
TMS320VC5421有3種方式實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸：
（1）將數(shù)據(jù)存放在兩個(gè)子系統(tǒng)共享的128KB程序空間中，由共享的128KB程序空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。
（2）將數(shù)據(jù)存放在與兩個(gè)系統(tǒng)分別相連的16字的FIFO中，由FIFO實(shí)現(xiàn)兩個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞。
（3）通過DMA將數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺我庾酉到y(tǒng)的任意空間。
2 CompactFlash存儲卡產(chǎn)品介紹
CompactFlash技術(shù)是由CompactFlash協(xié)會（CFA）提出的一種與PC機(jī)的ATA接口標(biāo)準(zhǔn)兼容的新技術(shù)，它致力于開發(fā)一種先進(jìn)的、速度快、容量大、體積小、質(zhì)量輕、功耗低且可移動的數(shù)字信息存儲產(chǎn)品。
由圖2可知，CF卡包含兩個(gè)基本部分：片內(nèi)的芯片控制器和片內(nèi)的存儲模塊。片內(nèi)的存儲模塊用來存儲數(shù)字信息，片內(nèi)的芯片控制器用來實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的接口及控制數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)；控制寄存器用作磁盤控制。這兩個(gè)寄存器組通過REG信號進(jìn)行區(qū)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(biāo)準(zhǔn)兼容的地址空間。當(dāng)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(dāng)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(dāng)CF卡工作在存儲器方式下，CF卡按照ATA標(biāo)準(zhǔn)以寄存器方式傳送數(shù)據(jù)、命令和地址。些寄存器除數(shù)據(jù)寄存器為16位外，其它寄存器均為8位。
數(shù)據(jù)寄存器（R/W）：這是一個(gè)16位數(shù)據(jù)寄存器，用于對扇區(qū)的讀寫操作。主機(jī)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(qū)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。
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(qū)數(shù)寄存器（R/W）：用來記錄讀、寫命令的扇區(qū)數(shù)目。
扇區(qū)號寄存器（R/W）：用來記錄讀、寫和校驗(yàn)命令指定的起始扇區(qū)號。
柱面號寄存器（R/W）：用來記錄讀、寫、校驗(yàn)和尋址命令指定的柱面號。
驅(qū)動器/磁頭寄存器（R/W）：記錄讀、寫、校驗(yàn)和尋道命令指定的驅(qū)動器號、磁頭號和尋址方式（CHS模式或LBA模式）。
狀態(tài)寄存器（R）和命令寄存器（W）：狀態(tài)寄存器反映CF卡驅(qū)動器執(zhí)行命令后的狀態(tài)，讀該寄存器要清除中斷請求信號。命令寄存器接收主機(jī)發(fā)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(qū)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(qū)號表示一個(gè)特定的扇區(qū)。起始扇區(qū)是0磁道、0磁頭、1扇區(qū)，接下來是2扇區(qū)，一直到EOF扇區(qū)；接下來是同一柱面1頭、1扇區(qū)等。邏輯尋址方式將整個(gè)CF卡同一尋址。邏輯塊地址和物理地址的關(guān)系為：
LBA地址=(柱面號×磁頭數(shù) 磁頭號) ×扇區(qū)數(shù) 扇區(qū)數(shù)-1
采用邏輯尋址方式，沒有磁頭和磁道的轉(zhuǎn)換操作，因此在訪問連續(xù)扇區(qū)時(shí)，操作速度比物理尋址方式塊。
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