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基于單片機(jī)的MicroDrive接口設(shè)計(jì)
摘要：介紹了ＩＢＭ的ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，詳細(xì)說明了ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)；以ＡＴ８９Ｃ５２型單片機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)完成了ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的接口電路，正確實(shí)現(xiàn)了對ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅｒ的讀寫及數(shù)據(jù)管理等功能。關(guān)鍵詞：ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ 單片機(jī)
近幾年，各種大容量的小型存儲(chǔ)器不斷涌現(xiàn)，在便攜式設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。目前常見的存儲(chǔ)卡類型有：?１?Ｓｍａｒｔ Ｍｅｄｉａ Ｃａｒｄ??２?ＭｅｍｏｒｙＳｔｉｃｋ??３?ＭｕｌｔｉＭｅｄｉａ Ｃａｒｄ??４?ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ Ｔｙｐｅ Ｉ Ｃａｒｄ??５?ＩＢＭ的ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ等。各存儲(chǔ)卡在容量、功耗、體積上各有特色，但ＩＢＭ的ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ尤為出色。
ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ是由ＩＢＭ日本分公司研發(fā)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，其接口符合ＣＦＡ（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）協(xié)會(huì)制定的ＣＦ＋ Ｔｙｐｅ ＩＩ 規(guī)范，具有容量大（１７０ＭＢ～３ＧＢ）、體積�。ǎ矗玻福恚怼粒常叮矗恚怼粒担埃恚恚�、性價(jià)比高、耗電量小等特點(diǎn)，已在數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、掌上電腦、便攜式音樂播放器等設(shè)備的存儲(chǔ)中獲得了較廣泛的應(yīng)用。
目前市面上已有多家國內(nèi)外公司生產(chǎn)出操作ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的接口（如ＩＢＭ公司），但其價(jià)格較高。為降低成本，實(shí)現(xiàn)對ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的數(shù)據(jù)訪問和管理功能，本文給出了一種基于單片機(jī)的ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ接口設(shè)計(jì)。
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１ ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ介紹
ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ各性能參數(shù)如下：
·容量(ＭＢ)：１０００／５１２／３４０；
·緩沖區(qū)大�。海保玻缸止�(jié)；
·扇區(qū)大小(字節(jié))：５１２；
·盤片數(shù)量：１；
·平均尋道時(shí)間：１２ｍｓ；
·平均等待時(shí)間：８．３３ｍｓ；
·最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率：５９．９ＭＢ／ｓ；
·最大外部數(shù)據(jù)傳輸速率：１３．３ＭＢ／ｓ；
接口：ＣＦ＋?兼容ＡＴＡ和ＰＣＭＣＩＡ?
數(shù)據(jù)密度?ＧＢ／平方英寸?：１５．２；
大�。海担恚怼粒矗常恚怼粒常担恚�；
重量：１７克；
磁盤旋轉(zhuǎn)速度：３６００ＲＰＭ。
主要特點(diǎn)有：
·體積小、重量輕、容量大；
·可靠性高，有效的數(shù)據(jù)保護(hù)及數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，使得其出錯(cuò)率極低；
·讀寫速度快，連續(xù)讀寫速率最高可達(dá)４．２ＭＢ／ｓ，抗沖擊（１５００Ｇ），耐震動(dòng)（５Ｇ）；
·兼容性好，支持３．３Ｖ或５Ｖ工作電壓，具有廣闊的使用范圍。
２ ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ硬件接口設(shè)計(jì)
２．１ ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ接口簡介及訪問模式的選擇
ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的接口符合ＣＦ＋ Ｔｙｐｅ ＩＩ標(biāo)準(zhǔn)，支持３．３Ｖ或５Ｖ直流工作電壓，提供了完整的ＰＣＭＣＩＡ－ＡＴＡ功能且通過ＡＴＡ／ＡＴＡＰＩ－４兼容ＴｒｕｅＩＤＥ。但與６８針接口的ＰＣＭＣＩＡ卡不同的是，同樣遵從ＡＴＡ協(xié)議的ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ 接口只有５０針，采用５０腳雙列０．０５英寸間距標(biāo)準(zhǔn)接口（管腳排列如表１所示）。
表1 MicroDrive管腳排列
對ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ，數(shù)據(jù)都是以５１２字節(jié)的扇區(qū)單元進(jìn)行操作，能夠通過ＩＤＥ、Ｍｅｍｏｒｙ等模式對其進(jìn)行訪問。
雖然ＩＤＥ模式被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)硬盤的接口中，同時(shí)也被經(jīng)常應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中，得到絕大多數(shù)的ＢＩＯＳ和工業(yè)單板機(jī)的支持；但是ＩＤＥ模式涉及復(fù)雜的文件管理，使得控制操作相對復(fù)雜，不符合簡單可行的設(shè)計(jì)要求。
本系統(tǒng)由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)計(jì)。而Ｍｅｍｏｒｙ模式是ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的默認(rèn)模式，可以避免繁瑣的寄存器設(shè)置，同時(shí)支持８位數(shù)據(jù)帶寬，控制操作相對簡單，可以極大地簡化設(shè)計(jì)，節(jié)省系統(tǒng)的資源。故本系統(tǒng)采用Ｍｅｍｏｒｙ模式。
２．２ 硬件接口
本系統(tǒng)電路連接框圖如圖１所示，主要包含以下五部分：
（１）ＡＴ８９Ｃ５２
ＡＴ８９Ｃ５２擁有比８０５１多一倍的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（２５６字節(jié)的ＲＡＭ），擁有８Ｋ字節(jié)內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器（ＲＯＭ），操作命令以及各引腳與８０５１基本一致。在本系統(tǒng)中，ＡＴ８９Ｃ５２的作用至關(guān)重要，它擔(dān)負(fù)著與外部的通信及實(shí)現(xiàn)對ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的各種操作。
（２）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要用作硬盤數(shù)據(jù)讀寫的緩存，因而必須具有非易失性、簡便的操作及合適的容量。６２ＨＣ６４容量為８ＫＢ?具有非易失性、功耗低等特點(diǎn)。
（３）通信電平轉(zhuǎn)換芯片
ＲＳ２３２Ｃ是目前異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，適用于數(shù)據(jù)中斷設(shè)備（ＤＴＥ）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（ＤＣＥ）之間的接口；而單片機(jī)使用ＴＴＬ電平，兩者互不兼容。因而使用了ＭＡＸ２３２電平轉(zhuǎn)換芯片對它們的通信電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，作為對外的通信接口。
（４）ＣＦ＋適配口
使用了標(biāo)準(zhǔn)５０針ＣＦ＋適配口。
（５）地址鎖存器７４ＬＳ３７３和地址譯碼器７４ＬＳ１３８
其中Ａｄｄｒｅｓｓ／Ｄａｔａ（０～７）為復(fù)用的８位數(shù)據(jù)或低８位地址總線，Ａｄｄｒｅｓｓ（８～１２）為用于尋址６２ＨＣ６４的高５位地址線，Ａｄｄｒｅｓｓ（１３～１５）接至７４ＨＣ１３８，用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器６２ＨＣ６４及ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ 的片選信號；Ｒｅｓｅｔ（ＲＥＳＥＴ）信號與ＡＴ８９Ｃ５２的ＲＥＳＥＴ腳連接，以達(dá)到同步復(fù)位的目的，上電復(fù)位后，ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ自動(dòng)進(jìn)入默認(rèn)的Ｍｅｍｏｒｙ 模式；ＲＥＧ ?Ｒｅｇｉｓｔｅｒ?信號用于選擇訪問ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的Ａｔｔｉｒｉｂｕｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ（低電平）或Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｍｏｒｙ（高電平）；對于ＣＥ１與ＣＥ２（Ｃａｒｄ Ｅｎａｂｌｅ），因?yàn)橹挥幸粔KＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ，故將ＣＥ２接高電平，ＣＥ１接７４ＬＳ１３８的Ｙ７腳；ＯＥ、為讀寫有效信號，與ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ３．７（ＲＤ）、Ｐ３．６（ＷＲ）相連；ＲＤＹ／ＢＳＹ（Ｒｅａｄｙ／Ｂｕｓｙ）ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ 的閑忙狀態(tài)信號，當(dāng)ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ忙時(shí)，該腳為低電平，不能對ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ做任何操作，與ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ３．２相連，以便可通過軟件檢測此位，判定ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的閑忙狀態(tài)；ＷＡＩＴ（Ｗａｉｔ）信號的有效意味著一個(gè)操作進(jìn)程正在完成過程中，把它與Ｐ１．７相連，以便檢測；ＣＤ１、ＣＤ２（Ｃａｒｄ Ｄｅｔｅｃｔ）用于ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的存在檢測，與ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ３．２、Ｐ３．３相連；ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ３．０（ＲＸＤ）用作串行通信輸入，接ＭＡＸ２３２的１２腳（Ｒ１ＯＵＴ），用于接收通過ＭＡＸ２３２送來的數(shù)據(jù)，Ｐ３．１（ＴＸＤ）用作串行通信輸出，接ＭＡＸ２３２的１１腳（Ｔ１ＩＮ），通過ＭＡＸ２３２送出數(shù)據(jù)。
３ 軟件設(shè)計(jì)
３．１ 主要寄存器簡介
ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ內(nèi)幾個(gè)涉及到的操作寄存器，如表２所示。
表2 MicroDrive主要寄存器
３．２ 軟件設(shè)計(jì)簡述
硬件設(shè)計(jì)好后，可以通過軟件驅(qū)動(dòng)接口電路讀寫ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ。軟件流程如圖２所示。首先進(jìn)行測試以確定所有端口及信號的極性正確。由于Ｍｅｍｏｒｙ模式是缺省模式，其使用前的檢測就變得相當(dāng)簡單。主要把軟件分成以下幾部分：
（１）檢測ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ
首先，確定ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ是否已正確插入插槽。這需要檢測Ｃａｒｄ Ｄｅｔｅｃｔ引腳，即將Ｐ３．２、Ｐ３．３的狀態(tài)讀入。如果兩個(gè)都為０，就表示ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ已正確插入適配口；否則表明未正確插入，需要重新插入。
其次，在確定ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ已正確插入后，開始檢測其狀態(tài)。從Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｅｍｏｒｙ的偏移地址為００７Ｈ的狀態(tài)寄存器中讀�。停椋悖颍铮模颍椋觯宓臓顟B(tài)信號，如果ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ被正確Ｒｅｓｅｔ了，讀到的數(shù)據(jù)應(yīng)該是５０Ｈ，意味著ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ已能使用并準(zhǔn)備接收命令；否則證明有錯(cuò)誤，應(yīng)重新Ｒｅｓｅｔ。
最后，當(dāng)ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的狀態(tài)證實(shí)無誤并處于Ｍｅｍｏｒｙ模式時(shí)，就可以發(fā)送診斷命令字（Ｅｘｅｃｕｔｅ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓ：９０Ｈ）到命令寄存器（偏移地址為００７Ｈ）中。這一命令將會(huì)根據(jù)ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的當(dāng)前情況重置狀態(tài)寄存器００７Ｈ（與命令寄存器的地址相同），當(dāng)出錯(cuò)時(shí)，出錯(cuò)位將會(huì)被置１，此時(shí)檢查錯(cuò)誤狀態(tài)寄存器（偏移地址為００１Ｈ）將會(huì)得到詳盡的出錯(cuò)信息；而一旦無錯(cuò)誤，便可對ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ進(jìn)行操作了。
（２）數(shù)據(jù)的讀取
為了達(dá)到此目的，首先，將要操作的扇區(qū)地址寫入偏移地址為００３Ｈ～００６Ｈ的邏輯塊尋址寄存器中，再將要操作的扇區(qū)數(shù)目寫入偏移地址為００２Ｈ的扇區(qū)數(shù)目寄存器中，接著就發(fā)送讀命令字（２０Ｈ）到命令寄存器中，當(dāng)寫入命令后，ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ會(huì)將ＢＵＳＹ狀態(tài)置１作為響應(yīng)。
然后，ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ從存儲(chǔ)扇區(qū)中讀出數(shù)據(jù)放入其緩存單元中，并將ＤＲＱ狀態(tài)位置１，清ＢＵＳＹ以表示數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好。因此只需檢查ＤＲＱ狀態(tài)即可。當(dāng)ＤＲＱ為１時(shí)，便可從ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的緩存中讀出數(shù)據(jù)；當(dāng)所有數(shù)據(jù)讀完后，ＤＲＱ將會(huì)清０，ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ又轉(zhuǎn)回準(zhǔn)備狀態(tài)，可進(jìn)行下一步操作。
（３）數(shù)據(jù)的寫入
與讀數(shù)據(jù)的操作類似，首先，將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備在數(shù)據(jù)緩存區(qū)（外部ＲＡＭ６２ＨＣ６４）中，將要操作的扇區(qū)地址寫入偏移地址為００３Ｈ～００６Ｈ的邏輯塊尋址寄存器中，將要操作的扇區(qū)數(shù)目寫入偏移地址為００２Ｈ的扇區(qū)數(shù)目寄存器中，接著發(fā)送寫命令字（３０Ｈ）到命令寄存器中。
圖2 單片機(jī)軟件流程圖
然后，檢測ＤＲＱ的狀態(tài)（此時(shí)ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ置ＢＵＳＹ狀態(tài)為１，接著置ＤＲＱ為１，清ＢＵＳＹ）。當(dāng)檢測到ＤＲＱ為１時(shí)，便可將數(shù)據(jù)緩存區(qū)（外部ＲＡＭ６２ＨＣ６４）中的數(shù)據(jù)寫入ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的緩存單元。當(dāng)ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ檢測到數(shù)據(jù)寫入其緩存中，置ＢＵＳＹ為１，清ＤＲＱ并根據(jù)地址將數(shù)據(jù)寫入；當(dāng)數(shù)據(jù)寫完后，清ＢＵＳＹ狀態(tài)位，重新回到準(zhǔn)備狀態(tài)，準(zhǔn)備執(zhí)行下一次操作。
在讀寫操作中，對進(jìn)程起控制作用的是ＤＲＱ這一狀態(tài)位，其檢測程序如下：
ｖｏｉｄ ｗａｉｔ＿ｄｒｑ?ｖｏｉｄ?
? ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｉｎｔ ａ?
ａ＝ＸＢＹＴＥ?０ｘＥ００７??
／／讀取狀態(tài)寄存器的值
ｉｆ??ａ＆０ｘ０１?＝＝１? ｅｒｒｏｒ???
／／若出錯(cuò)位為１?轉(zhuǎn)出錯(cuò)處理
ｗｈｉｌｅ??ａ＆０ｘｆ８??＝０ｘ５８?
ａ＝ＸＢＹＴＥ?０ｘＥ００７??
／／查詢ＤＲＱ位?不為１則循環(huán)等待
?
（４）數(shù)據(jù)的擦除
為達(dá)到此目的，首先將要操作的扇區(qū)地址寫入偏移地址為００３Ｈ～００６Ｈ的邏輯塊尋址寄存器中，再將要操作的扇區(qū)數(shù)目寫入偏移地址為００２Ｈ的扇區(qū)數(shù)目寄存器中，接著發(fā)送擦除命令字（０Ｃ０Ｈ）到命令寄存器當(dāng)中，執(zhí)行完擦除命令后，讀出的值全為０。
本文介紹的基于單片機(jī)的ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ接口設(shè)計(jì)，成功地實(shí)現(xiàn)了操作ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的常用命令和對ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ的８位格式的操作。經(jīng)過測試，此接口也可以對ＣＦ Ｔｙｐｅ Ｉ卡（如ＳａｎＤｉｓｋ公司的ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ卡）進(jìn)行正確操作，從而提高了應(yīng)用系統(tǒng)的兼容性，具有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值，目前已準(zhǔn)備在便攜式的動(dòng)態(tài)腦電、動(dòng)態(tài)心電上使用，同時(shí)可用于ＭｉｃｒｏＤｒｉｖｅ或ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ卡作為存儲(chǔ)器使用的便攜式電子設(shè)備中。
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