一种PowerPC处理器与CF卡的接口设计方案

时间：06-24 来源：互联网点击：

摘要：从如何设计嵌入式处理器与CF卡之间的接口、如何高效率地编制读写程序出发，介绍了嵌入式处理器与CF卡的接口设计和编程技巧。

关键词： CF卡 PCI局部总线扇区

最近几年，嵌入式处理器蓬勃发展，在通信、航空航天、医疗设备、消费类电子产品等领域一展身手。嵌入式处理器的外围设备也日新月异，例如记忆棒、USB口、CF卡等。本文从硬件和软件角度出发，介绍了CF卡在嵌入式系统中的设计和使用技巧。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，应用范围越来越广。1995年10月，SanDisk、柯达、卡西欧、惠普、摩托罗拉、佳能等125家厂商发起成立了CompactFlash协会，致力于制定新一代的基于RAM和ROM技术的固态非易失的存储介质标准——CF卡标准使不同厂家开发的CF卡及其接口器件可以互相兼容。目前，CF卡标准已有1.4版本，容量从最早的2M字节到现今的1G字节。同时，CF卡遵从ATA-IDE工业设计标准，连接装置与 PCMCIA卡相似，只不过CF卡是50引脚(PCMCIA卡68引脚)，可以很容易插入无源68引脚 TypeII适配卡并完全符合PCMCIA电力和机械接口规格。另外，CF卡的兼容性佳，不仅同时支持3.3V和5V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%。

1 系统设计

图1是笔者开发的嵌入式系统框图。其中，嵌入式处理器是MPC8250，PCI1410A是连接PCI总线和CF卡的一种接口芯片。 MPC8250芯片是Motorola公司开发的一款PowerPC系列嵌入式处理器。芯片采用小巧而强大的32位超标量体系结构PowerPC 603e处理器内核，最高主频为300MHz。它集成了PCI桥、PCI仲裁器、存储器控制器、中断控制器、DMA控制器、16K字节指令高速缓存和16K字节数据高速缓存等部件。MPC8250具有三个可配置为百兆或十兆以太网的FCC口，四个可配置为串口或网口的SCC口，一个多通道HDLC接口。该芯片适用于对成本、空间、功耗和性能都有很高要求的应用领域，例如路由器/接线器、多路MODEM、网络存储应用和图像显示等系统。 PCI1410A芯片是TI公司开发的一种高性能的PCI到CF卡的控制器，支持遵循CF卡标准的各类CF卡。它符合PCI总线标准，既可以工作于PCI主设备模式，也可以工作于PCI从设备模式。 MPC8250与PCI1410A之间通过32位PCI局部总线连接，工作频率33MHz。MPC8250用作PCI主设备，PCI1410A用作PCI从设备，同时采用MPC8250内部的PCI仲裁器。本设计选用SanDisk公司的型号为SDCFB-64-101的CF卡，64M字节容量，几何尺寸为36.4mm%26;#215;42.8mm%26;#215;3mm。PCI1410A与CF卡之间的连接遵循CF卡标准，由地址、数据、控制三组信号组成。PCI1410A提供了五个通用I/O引脚，设计中将其中一个引脚GPIO1用作LED指示。当CF卡工作时，LED会以64ms的周期闪烁。 SDRAM选用了三星公司的K4S561632A，每片容量256M比特，共四片。图2 读写CF卡技巧示意图 2 接口编程在CF卡工作前，必须先进行初始化，在整个系统的地址空间中确定CF卡的位置，预设置CF卡的工作模式及相关寄存器。本设计中，CF卡位于系统的0x9A000000～0x9DFFFFFF地址空间。在每次读写CF卡时，必须根据读写数据的多少和操作特性来配置相应寄存器。

2.1 CF卡初始化

本系统中，CF卡的初始化由MPC8250通过PCI总线配置PCI1410A的寄存器实现，具体步骤如下： (1)设置CF卡的基地址，即配置ExCA寄存器(偏移量：0x10)。该寄存器定义了CF卡在PCI存储器空间的基地址，即0x9A000000。 (2)配置PCI命令寄存器(偏移量：0x04)，允许CPU访问PCI存储空间。 (3)配置系统控制寄存器(偏移量：0x80)。该寄存器定义了一些系统控制位，例如，是否采用PCI中断方式，是否采用内部振荡器，是否采用DMA等。本设计采用PCI中断方式，不采用内部振荡器和DMA。

(4)配置多功能引脚寄存器(偏移量：0x8C)。该寄存器配置通用引脚。本设计配置GPIO1引脚为LED指示，GPIO2引脚为PCI中断输出。 (5)配置设备控制寄存器(偏移量：0x92)。该寄存器选择中断方式，是并行PCI中断还是串行PCI中断。本设计选择了传统的并行PCI中断方式。 (6)配置ExCA电压控制寄存器(偏移量：0x802)，选择Vcc为3.3V还是5V。本设计选择Vcc为3.3V。 (7)配置ExCA存储窗口0起始地址低位寄存器(偏移量：0x810)，即起始地址的A19～A12位。PCI1410A具有五个存储地址翻译窗口和二个I/O地址翻译窗口，用于配置CF卡内寄存器的访问地址，将CF卡的寄存器映射到系统的存储空间或I/O空间，MPC8250访问这些寄

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