以導航設備存儲系統應用為例，本文討論了Intel Xscale PXA255嵌入式處理器與CF卡的硬件接口設計，并以讀寫CF卡扇區的程序為例，給出了CF卡軟件編寫的技巧。該設計為基于PXA255處理器的嵌入式系統提供了擴展存儲空間的一種方法。



圖1：CF卡結構框圖。

Intel Xscale PXA255處理器是新一代的嵌入式處理器，基于ARMv5TE體系結構的微處理器，性價比較高、功耗較低，適合于數字移動電話、個人數字助理、網絡路由器等嵌入式系統的應用。在采用PXA255處理器開發諸如車載導航系統時，電子地圖等海量地理信息數據需要一個容量大、體積小、性能優異的存儲器。“Compact Flash”卡，簡稱CF卡，具有高速度、大容量、體積小、重量輕、功耗低和高性價比等優點，十分適合嵌入式系統的應用。因此，可選擇CF卡作為地理信息數據的存儲載體。PXA255處理器提供了PCMCIA/CF卡控制器，可以方便地實現PXA255處理器與CF卡的接口設計。

CF卡結構和工作原理

Compact Flash技術是由CF協會(CFA)提出的一種與PC機ATA接口標準兼容的技術。如圖1，CF卡由兩個基本部分構成：內部控制器和閃存模塊。CF卡的閃存模塊基本上都使用NAND型閃存，用于存儲數據。內部控制器用來實現CF卡與主機的接口以及控制數據的傳輸。CF卡內部控制器的設計完全模擬硬盤，使用標準的ATA/IDE接口。

CF卡的存取方式有三種：PC Card Memory模式、PC Card I/O模式以及True IDE模式。PC Card模式與PCMCIA標準兼容。True IDE模式與ATA標準兼容。三種方式相比，在True IDE模式下，CF卡與主機通信的信號最少，硬件接口最簡單、軟件易于實現，因此本設計采用了True IDE模式。

CF卡扇區尋址有兩種方式：物理尋址方式(CHS)和邏輯尋址方式(LBA)。物理尋址方式使用柱面、磁頭和扇區號表示一個特定的扇區，起始扇區是0磁道、0磁頭、1扇區，接著是2扇區，一直到EOF扇區；接下來是同一柱面1頭、1扇區等。邏輯尋址方式將整個CF卡同一尋址。邏輯塊地址和物理地址的關系為：LBA地址=(柱面號×磁頭數+磁頭號)×扇區數+扇區數-1。

CF卡沒有機械結構，因此CF卡的扇區尋址適宜采用邏輯尋址方式。邏輯尋址方式沒有磁頭和磁道的轉換操作，因此在訪問連續扇區時，操作速度比物理尋址方式快得多。

對于CF卡的操作(如：讀/寫)，其實就是對CF卡控制器的寄存器進行操作。所以，必須對CF卡的寄存器十分熟悉。這些寄存器統稱為任務文件(task file)寄存器：

1．數據寄存器(讀/寫)，用于CF卡的讀寫操作。主機通過該寄存器向CF卡數據緩沖寫入或從CF卡數據緩沖讀出數據。
2．錯誤寄存器(Read)和特性寄存器(Write)。讀操作時，此寄存器為錯誤寄存器，用于指明錯誤的原因；寫操作時，此寄存器為特性寄存器。
3．扇區數寄存器(讀/寫)，用來記錄讀、寫扇區的數目。
4．扇區號寄存器(讀/寫)，用來記錄讀、寫和校驗命令指定的起始扇區號或邏輯塊地址(LBA)的BIT7：0。
5．柱面號寄存器(讀/寫)，用來記錄讀、寫、校驗和尋址命令指定的柱面號或LBA的BIT23：8。
6．驅動器/磁頭寄存器(讀/寫)，記錄讀、寫、校驗和尋道命令指定的驅動器號、磁頭號或LBA的BIT27：24，其中BIT6(LBA)用來設置CF卡扇區的尋址方式(LBA=0，采用CHS模式；LBA=1，采用LBA模式)。



圖2：CF卡地址空間存儲映像。

7．狀態寄存器(讀)和命令寄存器(讀/寫)，讀操作時，該寄存器是狀態寄存器，指示CF卡控制器執行命令后的狀態，讀狀態寄存器則返回CF卡的當前狀態；寫操作時，該寄存器是命令寄存器，接收主機發送給CF卡的控制命令。

PXA255處理器與CF卡的硬件接口設計

1. PXA255的PC Card/CF卡控制器

PXA255處理器PC Card/CF卡控制器可以支持一個PCMCIA卡或CF卡插槽，利用nPSKTSEL引腳可以支持第2個插槽。寄存器MECR用于向PXA255處理器的PC Card/CF卡控制器指出是否有CF卡插入，以及系統支持的CF卡的插槽數目。在有卡插入時，軟件必須將MECR的CIT比特位置1；所有的卡拔出時，則必須將之清零。

PXA255處理器PC Card/CF卡接口支持8、16位外圍設備，而且可以處理公共存儲器(Common Memory)、I/O和特性存儲器(Attribute Memory)三種方式的存取。每次訪問的時間取決于MCMEMx、MCATTx和MCIOx寄存器的設置。圖2給出了PXA255處理器16位PC Card/CF卡地址空間的存儲器映像。16位PC Card/CF卡存儲器映像空間分為8塊。每個插槽對應其中4塊，分別為公共存儲器、I/O、特性存儲器和保留空間。每個塊的大小為64M。

每次訪問PC Card /CF卡