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單片機(jī)實(shí)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(diǎn)，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(xì)介紹CF卡在單片機(jī)系統(tǒng)中的硬件接口電路，以及單片機(jī)對CF卡進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)文件讀寫的實(shí)現(xiàn)，且寫入的文件能被Windows操作系統(tǒng)讀寫。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(diǎn)，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(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存多采用CF卡。為了在PC機(jī)中能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在下位機(jī)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(jī)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(jī)系統(tǒng)對CF卡的讀寫，就是從底層對它進(jìn)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(jì)大大簡化，而且完全符合PC機(jī)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(shí)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(jī)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(shí)，CF卡的片內(nèi)控制器可以對Flash進(jìn)行讀寫。這種設(shè)計(jì)可以增加CF卡數(shù)據(jù)讀寫的可靠性，同時(shí)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(shí)，OE（9腳）為低電平，CF卡進(jìn)入True IDE模式，此時(shí)引腳OE也叫ATA SEL；上電時(shí)，OE（9腳）為高電平，CF卡進(jìn)入PCMCIA模式，即Memory Mapped模式或I/O Card模式，此時(shí)可通過修改配置選項(xiàng)寄存器進(jìn)入相應(yīng)的模式。
配置選項(xiàng)寄存器格式如下：
SRESETLevelREQconf5conf4conf3conf2conf1conf0SRESET—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(shí)保證OE為高電平，因?yàn)榕渲眠x項(xiàng)寄存器的conf5～conf0位的初始化值為“00000”；而要進(jìn)入I/O Card模式，除了上電時(shí)保證OE為高電平外，還要進(jìn)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(shí)進(jìn)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(shí)重新配置；③上電時(shí)進(jìn)入PCMCIA模式，允許過程中，只要監(jiān)測到OE變?yōu)榈�，就進(jìn)入True IDE模式。
表1 模式選擇
2 CF卡與51單片機(jī)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(jìn)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。
表2 數(shù)據(jù)寬度選擇
為了實(shí)現(xiàn)即插即用的功能，CE卡上提供了兩個(gè)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(jī)檢測到與其相連的CD1和CD2兩個(gè)引腳同時(shí)為低電平時(shí)，可判斷出卡與主機(jī)相連；否則，卡未與主機(jī)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(shí)際應(yīng)用中，由于一次至少要讀寫一個(gè)扇區(qū)512字節(jié)，所以要擴(kuò)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(kuò)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
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