單片機實現(xiàn)對CF卡的讀寫

　　摘要：CF卡是一種包含了控制和大容量Flash存儲器的標(biāo)準(zhǔn)器件，具有容量大、體積小、高性能、攜帶方便等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和許多消息類電子產(chǎn)品中。本文詳細介紹CF卡在單片機系統(tǒng)中的硬件接口電路，以及單片機對CF卡進行標(biāo)準(zhǔn)文件讀寫的實現(xiàn)，且寫入的文件能被Windows操作系統(tǒng)讀寫。

    關(guān)鍵詞：CF卡 單片機 FAT文件格式

引言

　　由于CF卡（Compact Flash Card）具有容量大、體積小、高性能、攜帶方便等優(yōu)點，而且讀寫速度快，可與多種電腦操作系統(tǒng)平臺兼容，因此在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)記錄或與PC機之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存多采用CF卡。為了在PC機中能方便地進行數(shù)據(jù)處理，在下位機端必須采用一種標(biāo)準(zhǔn)的格式組織數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)按照Windows標(biāo)準(zhǔn)文件格式寫入，在PC機端通過讀卡器將寫入CF的內(nèi)容以標(biāo)準(zhǔn)文件形式讀出。Windows標(biāo)準(zhǔn)文件格式有FAT、FAT32和NTFS?？紤]到廣泛使用的Windows 98系統(tǒng)的CF卡的容量等因素，通常采用FAT（File Allocation Table）文件系統(tǒng)。單片機系統(tǒng)對CF卡的讀寫，就是從底層對它進行直接操作，包括尋址、創(chuàng)建文件和讀寫等。

1 CF卡簡介

　　CF卡內(nèi)集成了控制器、Flash Memory陣列和讀寫緩沖區(qū)，如圖1所示。內(nèi)置的智能控制器，使外圍電路設(shè)計大大簡化，而且完全符合PC機內(nèi)存卡的國際聯(lián)合會PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association）和ATA（Advanced Technology Attachment）接口規(guī)范。實際上，控制器起到了一種協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用，即將對Flash Memory的讀寫轉(zhuǎn)化成了對控制器的訪問，這樣不同的CF卡都可以用單一的機構(gòu)來讀寫，而不用擔(dān)心兼容性問題。CF卡的緩沖區(qū)結(jié)構(gòu)，使得外部設(shè)備與CF卡通信的同時，CF卡的片內(nèi)控制器可以對Flash進行讀寫。這種設(shè)計可以增加CF卡數(shù)據(jù)讀寫的可靠性，同時提高數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　CF卡支持多種接口訪問模式，有符合PCMCIA規(guī)范的Memory Mapped模式、I/O Card模式和符合ATA規(guī)范的True IDE模式。上電時，OE（9腳）為低電平，CF卡進入True IDE模式，此時引腳OE也叫ATA SEL；上電時，OE（9腳）為高電平，CF卡進入PCMCIA模式，即Memory Mapped模式或I/O Card模式，此時可通過修改配置選項寄存器進入相應(yīng)的模式。

　　配置選項寄存器格式如下：

　　SRESET—軟復(fù)位信號；

　　Level REQ—中斷模式選擇（電平或邊沿觸發(fā)）。

　　例如，要加入Memory mapped模式，只需要在上電時保證OE為高電平，因為配置選項寄存器的conf5～conf0位的初始化值為“00000”；而要進入I/O Card模式，除了上電時保證OE為高電平外，還要進一步設(shè)置conf5～conf0，如表1所列。但是對于具體型號的CF卡而言，下面三種情況也是被CFA（CF card Association）所允許的：①上電時進入True IDE模式，工作過程中，只要監(jiān)測到OE變?yōu)楦?，就退出True IDE模式；②允許卡在復(fù)位時重新配置；③上電時進入PCMCIA模式，允許過程中，只要監(jiān)測到OE變?yōu)榈?，就進入True IDE模式。

　　表1 模式選擇

2 CF卡與51單片機的接口

　　CF卡在PC Memory方式與51芯片的接口電路如圖2所示。由于采用CF卡上電后自動進入的Memory模式，而且不存在對特性寄存器的讀寫，故可將REG接高電平。片選信號CE1和CE2組合可選擇數(shù)據(jù)位寬度，如表2所列。圖2中CE2接VCC，選用的是8位（D7～D0）數(shù)據(jù)寬度。{{分頁}}

　　表2 數(shù)據(jù)寬度選擇

　　為了實現(xiàn)即插即用的功能，CE卡上提供了兩個用來檢測卡是否存在的引腳（CD1、CD2），由卡內(nèi)部接地。當(dāng)主機檢測到與其相連的CD1和CD2兩個引腳同時為低電平時，可判斷出卡與主機相連；否則，卡未與主機相連。

　　由于I/O口緊張，RDY/BSY引腳懸空不用，通過查詢狀態(tài)寄存器能判斷CF卡是否準(zhǔn)備就緒。在實際應(yīng)用中，由于一次至少要讀寫一個扇區(qū)512字節(jié)，所以要擴充一塊RAM。我們選用的是62256，容量為32KB，這樣便可以支持大到2GB的CF卡（參見下文），增加了其擴展性。

3 FAT文件系統(tǒng)

　　FAT文件系統(tǒng)是基于DOS的文件系統(tǒng)。常說的FAT有12位的FAT12和16位的FAT16，另外就是32位的FAT32?？紤]到CF卡的容量有限，宜選用FAT16。這里只對FAT文件系統(tǒng)作一簡單介紹，更詳細的內(nèi)容請見參考文獻。

　　磁盤的尋址方式有兩種：物理尋址C/H/S（柱面/磁頭/扇區(qū)）方式和邏輯塊LBA（Logical Block Addressing）尋址方式。二者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

　　LBA地址=（柱面號