基于PXA255的WinCE開發(fā)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì).doc

基于PXA255的WinCE開發(fā)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)摘 要 本文結(jié)合xscale pxa255的arm9系列嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)以及windows ce軟件環(huán)境，以先尚pxa255開發(fā)板為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)cf（compactflash）卡插槽與主機(jī)的接口電路。討論在windowsce開發(fā)環(huán)境下硬件電路的實(shí)現(xiàn)，并完成了針對(duì)ata接口的true ide 模式下cf 卡驅(qū)動(dòng)的編寫。關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) pxa255 windows ce cf卡abstract this paper combined with the embedded systematic hardware platform of arm9 series and windows ce software environment,based on the cinsum pxa255 development board,the interface circuits between the pxa255 development board and the compact flash card socket are designed.in this paper, author mainly discuss the implementation of hardware electric circuits in the windowsce environment and realizes the program of the drive for the ata in the true ide mode.key words embedded system pxa255 windows ce compactflash card1.引言伴隨著數(shù)碼產(chǎn)品在消費(fèi)電子領(lǐng)域的興起，移動(dòng)存儲(chǔ)作為存儲(chǔ)產(chǎn)品和技術(shù)中最活躍的部分，展現(xiàn)出了無(wú)盡的魅力和光明的前景。各種不同的格式卡在更高速度、更大容量和更小體積的三大指標(biāo)上展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)。cf卡以更高速度、更大容量為目標(biāo)，多用于追求性能、高像素、連拍速度的高端數(shù)碼相機(jī)上。存取速度和存儲(chǔ)容量是cf卡的兩個(gè)重要指標(biāo)。intel推出的pxa255高效能處理器處理能力極高。本文以先尚pxa255開發(fā)板為基礎(chǔ)，深入研究了在wince開發(fā)平臺(tái)下，pxa255開發(fā)板與cf卡插槽之間接口電路的實(shí)現(xiàn)方案，以便進(jìn)一步提高cf卡的存取速度。2.基于pxa255的硬件設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)pxa255處理器是新一代的嵌入式處理器，基于armv5te體系結(jié)構(gòu)的微處理器，性價(jià)比較高、功耗較低，適合于數(shù)字移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理、網(wǎng)絡(luò)路由器等嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用1。pxa255處理器提供了pcmcia/cf卡控制器，可以方便地實(shí)現(xiàn)pxa255處理器與cf卡的接口設(shè)計(jì)。cf卡由2個(gè)基本部分組成，如圖2-1所示：控制芯片和閃存模塊組，控制芯片用來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的連接及控制數(shù)據(jù)在閃存模塊中的傳輸，閃存用于存儲(chǔ)信息4。圖2-1 cf卡結(jié)構(gòu)框圖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。當(dāng)cf卡工作在存儲(chǔ)器方式時(shí)，按照ata標(biāo)準(zhǔn)以寄存器方式傳送數(shù)據(jù)、命令和地址，命令寄存器用來(lái)接受命令和傳輸數(shù)據(jù)，控制寄存器用來(lái)進(jìn)行磁盤控制；當(dāng)cf卡工作在i/o方式時(shí)，控制寄存器組主要用于控制cf卡的工作方式，命令寄存器組被分配在與ata標(biāo)準(zhǔn)兼容的地址空間2。3.pxa255核心板與cf卡插槽接口電路的實(shí)現(xiàn)廣州先尚計(jì)算機(jī)科技有限公司推出的pxa255開發(fā)平臺(tái)是一款基于intel pxa255的高端arm開發(fā)平臺(tái)。它采用核心板加底板的配置，本設(shè)計(jì)的主要部件之一就是這塊核心板。核心板封裝為200個(gè)引腳，主要包括cpu，sdram和flash。3.1核心板與cf卡插槽連接圖圖3-1 核心板與cf卡插槽連接框圖核心板與cf卡插槽連接方式如圖3-1所示，框圖中使用了兩個(gè)控制器件，分別為74alvth16245和74lvc574。下面分別介紹其在電路中的功能。74alvth16245是一個(gè)總線鎖存器，核心板提供的isa總線經(jīng)過(guò)74alvth16245總線鎖存器后輸出，鎖存器用來(lái)在一定時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定輸出信號(hào)，輸出信號(hào)用來(lái)控制cf卡接口。74alvth16245是16位的，它可以當(dāng)作兩個(gè)8位鎖存器和一個(gè)16位鎖存器。數(shù)據(jù)可以從a總線上傳送到b總線上，也可以從b總線傳送到a總線上。這由方向控制引腳（dir）上的邏輯電平?jīng)Q定。74lvc574是一個(gè)高性能、低功耗、低電壓的觸發(fā)器件，由時(shí)鐘的上升沿觸發(fā)。3.2 cf卡的讀寫操作當(dāng)檢測(cè)到cf卡與主機(jī)相連后，即可對(duì)cf卡進(jìn)行讀寫操作。cf準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)后，通過(guò)cf-ireq引腳發(fā)出一個(gè)高電平信號(hào)給主機(jī)，主機(jī)接收到信號(hào)就知道cf卡已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)，這時(shí)若主機(jī)也已準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)則通過(guò)向cf發(fā)出寫信號(hào)cfwe通知cf卡，數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線寫入到cf卡指定空間。當(dāng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未完成讀寫操作，cf卡會(huì)通過(guò)cfwait引腳輸出低電平通知主機(jī)延遲存取周期的完成時(shí)間。cf卡扇區(qū)尋址有兩種方式：物理尋址方式(chs)和邏輯尋址方式(lba)。工作在不同的方式時(shí)，扇區(qū)號(hào)寄存器、柱面號(hào)寄存器和磁頭寄存器表示的內(nèi)容是不同的。在chs方式下，系統(tǒng)隱藏扇區(qū)是不能訪問的，能訪問的扇區(qū)從0柱面、0磁頭、1扇區(qū)開始。 chs（柱面、磁頭、扇區(qū)）尋址時(shí)，直接輸入相應(yīng)的柱面、磁頭、扇區(qū)數(shù)值就可以了。在lba訪問方式時(shí)，則要將所要訪問的邏輯扇區(qū)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理磁道、柱面和扇區(qū)號(hào)。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，必須先把傳輸需要的地址信息發(fā)送到地址線上，即通過(guò)cs0、cs1、a0-a2五根信號(hào)線。然后通過(guò)命令寄存器發(fā)出讀/寫信號(hào)。如果是讀，cf卡會(huì)把需要的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)線上。如果是寫，應(yīng)該在數(shù)據(jù)線上準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)。在讀寫信號(hào)取消之前，數(shù)據(jù)必須一直保持有效狀態(tài)。在有錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)候，錯(cuò)誤寄存器會(huì)返回相應(yīng)的診斷碼。4.cf卡的流接口驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)流接口驅(qū)動(dòng)程序都用同一組接口并調(diào)用同一組標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)集，以此完成標(biāo)準(zhǔn)的文件io操作和電源管理，當(dāng)設(shè)備需要驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槠浞?wù)時(shí)，ce平臺(tái)使用中斷機(jī)制通知操作系統(tǒng)(ce支持中斷嵌套和搶占)。中斷處理分成兩部分：中斷服務(wù)程序isr(常駐oal層，可直接訪問注冊(cè)表)和中斷服務(wù)線程ist(pdd層，執(zhí)行大多數(shù)的中斷處理)3。ist使用一個(gè)事件。并用waitforsingleobject等待事件變?yōu)橛行盘?hào)(中斷irq信號(hào)與事件在interruptinitialize時(shí)向內(nèi)核注冊(cè))，然后線程醒來(lái)并繼續(xù)中斷處理。圖4-1 基于windows ce平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)框架驅(qū)動(dòng)程序在編寫時(shí)可選用pb或evc，結(jié)合mfc可編寫出相關(guān)dll代碼，但要集成到內(nèi)核，還需編寫配置文件。cec，。bib，再把添加的feature加入catalog，并import到相關(guān)platform，最后重新編譯內(nèi)核nk。bin即可進(jìn)入調(diào)試階段。流接口驅(qū)動(dòng)程序的加載有三種方法：第一種方法是在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，從注冊(cè)表hkey_local_machinedriversrootkey下找到鍵值driversbuiltin，并根據(jù)該值讀取hkey_local_machinedriversbuiltin鍵的內(nèi)容，并加載列出的流接口驅(qū)動(dòng)程序。第二種加載在設(shè)備管理程序自動(dòng)檢測(cè)外圍設(shè)備與ce平臺(tái)連接時(shí)進(jìn)行，需要把找到的即插即用標(biāo)識(shí)符與注冊(cè)表進(jìn)行比對(duì)，以確定執(zhí)行注冊(cè)表列出的驅(qū)動(dòng)程序或自動(dòng)探測(cè)。第三種情況是在不能自動(dòng)探測(cè)或加載驅(qū)動(dòng)時(shí)，用activatedeviceex函數(shù)來(lái)加載驅(qū)動(dòng)。流接口驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)管理外圍設(shè)備的dll，它把設(shè)備表示為文件系統(tǒng)的一個(gè)特殊文件主要任務(wù)是把外設(shè)的使用傳遞給應(yīng)用程序。windows ce的設(shè)備文件存在固定的路徑 windows下，以一個(gè)特殊的命名慣例來(lái)區(qū)分設(shè)備文件和其他文件。流接口驅(qū)動(dòng)程序接收設(shè)備管理器和應(yīng)用程序通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用的命令，并且封裝所有命令，轉(zhuǎn)換成控制設(shè)備適當(dāng)?shù)膭?dòng)作信息。圖4-1表示 cf卡的流接口驅(qū)動(dòng)程序和其他系統(tǒng)部件間的相互關(guān)系：流接口驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)內(nèi)部硬件訪問外圍設(shè)備。對(duì)cf卡而言，內(nèi)部設(shè)備是cf卡插槽，由內(nèi)置cf卡插槽驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)，而cf卡插槽驅(qū)動(dòng)程序提供編寫cf卡流接口驅(qū)動(dòng)程序的插槽接口函數(shù)。即cf卡的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序使用cf卡服務(wù)庫(kù)(由cf卡插槽接口函數(shù)組成)，cf卡服務(wù)庫(kù)控制cf卡插槽硬件5。cf卡加載流接口驅(qū)動(dòng)有兩種方法：第一種加載的類型是在dm自動(dòng)檢測(cè)到cf卡與windows ce平臺(tái)的連接時(shí)進(jìn)行的。第二種加載的形式是在dm不能自動(dòng)檢測(cè)到cf卡與平臺(tái)的連接時(shí)，使用該cf的應(yīng)用程序必須列出該外圍設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，即主動(dòng)調(diào)用registerdevice( )或者activatedevice( )函數(shù)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的加載。即插即用時(shí)驅(qū)動(dòng)的加載是采用第一種類型。實(shí)現(xiàn)cf卡即插即用，首先下位機(jī)需要修改相應(yīng)的 cis(card information structure)，在驅(qū)動(dòng)中添加檢測(cè)模塊，并且在注冊(cè)表添加設(shè)備注冊(cè)信息。當(dāng)系統(tǒng)開啟或者 cf卡插人槽后，dm會(huì)調(diào)用在注冊(cè)表中設(shè)置的檢測(cè)模塊檢測(cè)插卡類型，如果符合，則會(huì)加載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。檢測(cè)模塊寫成 dll的形式，調(diào)用cf卡插槽接口函數(shù)檢測(cè)cis中的數(shù)據(jù)，判斷是否對(duì)應(yīng)設(shè)備。如果對(duì)應(yīng)，則告訴 dm需要加載注冊(cè)表中指定的相應(yīng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序。5.結(jié)束語(yǔ)cf卡存取速度和存儲(chǔ)容量是兩個(gè)重要的指標(biāo)， cf卡的速度當(dāng)然是越快越好，目前市場(chǎng)上的cf卡一般為4x-16x，如果一塊cf卡確實(shí)能達(dá)到16x標(biāo)準(zhǔn)，基本就可以滿足多數(shù)應(yīng)用需求了，不過(guò)大部分cf卡的寫入速度都遠(yuǎn)不能達(dá)標(biāo)。而存儲(chǔ)容量的增大必然帶來(lái)一定體積上的增大，這也是一對(duì)矛盾所在。所以高速cf卡和大容量cf卡設(shè)計(jì)是重點(diǎn)和難點(diǎn)，而cf卡插槽與主機(jī)的接口電路的設(shè)計(jì)就因此成為具有挑戰(zhàn)性的工作。本文在嵌入式理論基礎(chǔ)之上提出了一種pxa255核心板與cf卡插槽之間的接口設(shè)計(jì)方案，它具有存取速度快的特點(diǎn)，同時(shí)有較好的應(yīng)用性和可擴(kuò)展性。參考文獻(xiàn):1 陳章龍，唐志強(qiáng)，涂時(shí)亮 嵌入式技術(shù)與系統(tǒng)intel