單片機實現對CF卡的讀寫

單片機實現對CF卡的讀寫

摘要：CF卡是一種包含了控制和大容量Flash存儲器的標準器件，具有容量大、體積小、高性能、攜帶方便等優點，已廣泛應用在數據采集系統和許多消息類電子產品中。本文詳細介紹CF卡在單片機系統中的硬件接口電路，以及單片機對CF卡進行標準文件讀寫的實現，且寫入的文件能被Windows操作系統讀寫。

引言

由于CF卡（Compact Flash Card）具有容量大、體積小、高性能、攜帶方便等優點，而且讀寫速度快，可與多種電腦操作系統平臺兼容，因此在數據采集系統中的數據記錄或與PC機之間的數據轉存多采用CF卡。為了在PC機中能方便地進行數據處理，在下位機端必須采用一種標準的格式組織數據，即將數據按照Windows標準文件格式寫入，在PC機端通過讀卡器將寫入CF的內容以標準文件形式讀出。Windows標準文件格式有FAT、FAT32和NTFS。考慮到廣泛使用的Windows 98系統的CF卡的容量等因素，通常采用FAT（File Allocation Table）文件系統。單片機系統對CF卡的讀寫，就是從底層對它進行直接操作，包括尋址、創建文件和讀寫等。

1 CF卡簡介

CF卡內集成了控制器、Flash Memory陣列和讀寫緩沖區，如圖1所示。內置的智能控制器，使外圍電路設計大大簡化，而且完全符合PC機內存卡的國際聯合會PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association）和ATA（Advanced Technology Attachment）接口規范。實際上，控制器起到了一種協議轉換的作用，即將對Flash Memory的讀寫轉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來讀寫，而不用擔心兼容性問題。CF卡的緩沖區結構，使得外部設備與CF卡通信的同時，CF卡的片內控制器可以對Flash進行讀寫。這種設計可以增加CF卡數據讀寫的可靠性，同時提高數據傳輸速率。

CF卡支持多種接口訪問模式，有符合PCMCIA規范的Memory Mapped模式、I/O Card模式和符合ATA規范的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的模式。

配置選項寄存器格式如下：

SRESETLevelREQconf5conf4conf3conf2conf1conf0

SRESET—軟復位信號；

Level REQ—中斷模式選擇（電平或邊沿觸發）。

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，只要監測到OE變為高，就退出True IDE模式；②允許卡在復位時重新配置；③上電時進入PCMCIA模式，允許過程中，只要監測到OE變為低，就進入True IDE模式。

表1 模式選擇

conf5conf4conf3conf2conf1conf0模 式000000Memory map000001I/O Mapped,對應16位系統000010I/O，對應1F0h-1F7h/3F6h-3F3h000011I/O,對應170h-177h/376h-377h

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組合可選擇數據位寬度，如表2所列。圖2中CE2接VCC，選用的是8位（D7～D0）數據寬度。

表2 數據寬度選擇

　8位（D7～D0）8位（D15～D8）16位高 阻CE10101CE21001

為了實現即插即用的功能，CE卡上提供了兩個用來檢測卡是否存在的引腳（CD1、CD2），由卡內部接地。當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，通過查詢狀態寄存器能判斷CF卡是否準備就緒。在實際應用中，由于一次至少要讀寫一個扇區512字節，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

FAT文件系統是基于DOS的文件系統。常說的FAT有12位的FAT12和16位的FAT16，另外就是

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