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单片机实现对CF卡的读写

摘要：CF卡是一种包含了控制和大容量Flash存储器的标准器件，具有容量大、体积小、高性能、携带方便等优点，已广泛应用在数据采集系统和许多消息类电子产品中。本文详细介绍CF卡在单片机系统中的硬件接口电路，以及单片机对CF卡进行标准文件读写的实现，且写入的文件能被Windows操作系统读写。引言由于CF卡（CompactFlashCard）具有容量大、体积小、高性能、携带方便等优点，而且读写速度快，可与多种电脑操作系统平台兼容，因此在数据采集系统中的数据记录或与PC机之间的数据转存多采用CF卡。为了在PC机中能方便地进行数据处理，在下位机端必须采用一种标准的格式组织数据，即将数据按照Windows标准文件格式写入，在PC机端通过读卡器将写入CF的内容以标准文件形式读出。Windows标准文件格式有FAT、FAT32和NTFS。考虑到广泛使用的Windows98系统的CF卡的容量等因素，通常采用FAT（FileAllocationTable）文件系统。单片机系统对CF卡的读写，就是从底层对它进行直接操作，包括寻址、创建文件和读写等。1CF卡简介CF卡内集成了控制器、FlashMemory阵列和读写缓冲区，如图1所示。内置的智能控制器，使外围电路设计大大简化，而且完全符合PC机内存卡的国际联合会PCMCIA（PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation）和ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口规范。实际上，控制器起到了一种协议转换的作用，即将对FlashMemory的读写转化成了对控制器的访问，这样不同的CF卡都可以用单一的机构来读写，而不用担心兼容性问题。CF卡的缓冲区结构，使得外部设备与CF卡通信的同时，CF卡的片内控制器可以对Flash进行读写。这种设计可以增加CF卡数据读写的可靠性，同时提高数据传输速率。CF卡支持多种接口访问模式，有符合PCMCIA规范的MemoryMapped模式、I/OCard模式和符合ATA规范的TrueIDE模式。上电时，OE（9脚）为低电平，CF卡进入TrueIDE模式，此时引脚OE也叫ATASEL；上电时，OE（9脚）为高电平，CF卡进入PCMCIA模式，即MemoryMapped模式或I/OCard模式，此时可通过修改配置选项寄存器进入相应的模式。配置选项寄存器格式如下：SRESETLevelREQconf5conf4conf3conf2conf1conf0SRESET—软复位信号；LevelREQ—中断模式选择（电平或边沿触发）。例如，要加入Memorymapped模式，只需要在上电时保证OE为高电平，因为配置选项寄存器的conf5～conf0位的初始化值为“00000”；而要进入I/OCard模式，除了上电时保证OE为高电平外，还要进一步设置conf5～conf0，如表1所列。但是对于具体型号的CF卡而言，下面三种情况也是被CFA（CFcardAssociation）所允许的：①上电时进入TrueIDE模式，工作过程中，只要监测到OE变为高，就退出TrueIDE模式；②允许卡在复位时重新配置；③上电时进入PCMCIA模式，允许过程中，只要监测到OE变为低，就进入TrueIDE模式。表1模式选择conf5conf4conf3conf2conf1conf0模式000000Memorymap000001I/OMapped,对应16位系统000010I/O，对应1F0h-1F7h/3F6h-3F3h000011I/O,对应170h-177h/376h-377h2CF卡与51单片机的接口CF卡在PCMemory方式与51芯片的接口电路如图2所示。由于采用CF卡上电后自动进入的Memory模式，而且不存在对特性寄存器的读写，故可将REG接高电平。片选信号CE1和CE2组合可选择数据位宽度，如表2所列。图2中CE2接VCC，选用的是8位（D7～D0）数据宽度。表2数据宽度选择8位（D7～D0）8位（D15～D8）16位高阻CE10101CE21001为了实现即插即用的功能，CE卡上提供了两个用来检测卡是否存在的引脚（CD1、CD2），由卡内部接地。当主机检测到与其相连的CD1和CD2两个引脚同时为低电平时，可判断出卡与主机相连；否则，卡未与主机相连。由于I/O口紧张，RDY/BSY引脚悬空不用，通过查询状态寄存器能判断CF卡是否准备就绪。在实际应用中，由于一次至少要读写一个扇区512字节，所以要扩充一块RAM。我们选用的是62256，容量为32KB，这样便可以支持大到2GB的CF卡（参见下文），增加了其扩展性。3FAT文件系统FAT文件系统是基于DOS的文件系统。常说的FAT有12位的FA