基于S3C2410和CF卡的FAT32开发

1 引言

随着计算机应用技术的飞速发展，移动存储设备得到了广泛的应用。CF(Compact Flash)卡以其能捕获、保存、传送数据、及其它音像信息的设计理念诞生于1994年，它是最早推出的闪存卡。由于CF卡具有价格低廉、体积小、存储容量大、高速等特点，因此被广泛地应用于数码相机、PDA和笔记本电脑等那些需要高速采样、实时记录数据、然后再将数据传入计算机进行分析处理的仪器和设备中。

由于CF卡中存储的信息要能从PC机上读取出来，所以必须采用一种标准的格式组织数据，通常采用的方法是在CF卡中内嵌文件系统。目前，市场上存在多种商用的嵌入式操作系统可以支持文件系统，但这些操作系统对硬件要求一般都比较高，价格昂贵，且要额外占用一定量的存储空间。由于成本等方面的限制，较少使用嵌入式操作系统，因此很有必要开发一种不依赖于商用操作系统的标准文件系统。在此本文介绍了按照FAT32格式实现的基于S3C2410的CF卡文件系统。

2 CF卡简介

CF存储卡内嵌单片控制器及闪存模块，连接口为25针双排的母插口，点距为50mil(1.27mm)。CF卡内部结构模块图如图1所示。

图1 CF存储卡模块图

主控制器通过一个50针的连接器与CF卡连接。连接器为每排25针（1.27mm）的公插头。

CF卡的存取方式有三种：PC Card Memory模式、PC Card I/O模式以及True IDE模式。PC Card模式与PCMCIA标准兼容。True IDE模式与ATA标准兼容。

3 S3C2410与CF卡接口设计

本系统采用了ARM公司的32位嵌入式微处理器S3C2410。ARM 系列嵌入式微处理器，以其低功耗、高性能等突出优点已在32位嵌入式应用中稳居世界第一，成为高性能、低功耗嵌入式处理器的代名词。ARM核已是现在嵌入式SoC系统芯片的核心，也是现代嵌入式系统发展的方向。

S3C2410与CF卡的硬件连接关系如图2所示，通过改变CPLD内部逻辑关系可以实现三种模式。由于在True IDE模式下，CF卡与主机通信的信号最少，硬件接口最简单、软件易于实现，因此本设计采用了True IDE模式。

图2 S3C2410与CF卡的硬件连接关系图

在True IDE模式下，某些信号有特殊的含义，必须采用True IDE模式下特有的设置方法,如表1True IDE模式I/O解码所示:

表1 True IDE模式I/O解码


nCE1是任务文件寄存器片选信号，低电平有效；nCE2是交替状态(Alternate Status)寄存器和设备控制(Device Control)寄存器片选信号，也是低电平有效。因为实际操作中，极少使用交替状态寄存器和设备控制寄存器，所以对CF卡的操作实际就是对任务文件寄存器的操作。因此，一般设置nCE1=0，nCE2=1。主机操作CF卡时，系统仅使用地址总线A2～A0，用于选择组成任务文件寄存器的8个寄存器之一。表1中，nCE1=0时，对应的8个寄存器统称为任务文件寄存器。

需要注意的是，在True IDE模式下，nOE不是读使能信号，而是CF卡True IED模式的使能信号。CF卡上电时，若nOE(PIN9)为0，则CF卡自动进入True IDE模式；若nOE=1则进入PC Card 模式。当电源一直接通时，热拔插CF卡将会使其从原来的True IDE模式重新配置成PC Card模式。因此，热插拔过程中，为了使CF卡工作在True IDE模式，需要在CF卡加电启动的同时，将nOE信号接地。实现的方法：在CPLD中将nOE置0。True IDE模式下，nWE也不用作写使能信号，而应该由主机将之接地。处理方法：在CPLD中将其只置为1。

还有一点需要注意的是Reset信号在True IDE 模式下低电平有效，而在其它模式下高电平有效。将Reset信号接到S3C2410的系统复位信号nReset。

4 系统软件构成

目前, 在PC机DOS/Windows的管理下, 广泛使用的是FAT12、FAT16 和FAT32 文件系统,

FAT12一般用于软盘, FAT16 和FAT32 则用于硬盘。本系统采用FAT32文件系统。

FAT文件系统的卷由4个基本的区组成，它们在卷中的排列顺序如下：

0——保留区（引导区）；
1——FAT区；
2——根目录区(FAT32中存在的是浮动的FDT表)；
3——文件和目录数据区。

FAT卷中第1个重要的数据结构BPB(BIOS Parameter Block)，它位于卷的保留区内第1个扇区中，BPB参数块记录着分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大孝FAT个数, 分配单元大小等重要参数。文件分配表FAT，从逻辑1扇区开始, 它是文件管理系统用来给每个文件分配磁盘物理空间的表格, FAT文件分配表由表标识和簇映射的集合组成, 一个完全相同的镜像副本连续存储在主FAT表后, FAT的全部目的就是跟踪文件, 具体描述即需要说明整个磁盘分区中的每个存储单元(簇) 的使用情况、文件数据的簇存储情况(连续或碎片) 以及树型