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          基于ARM的嵌入式系統CF卡與CPLD連接技術詳解

          ? 2018年09月18日 17:18 ? 次閱讀

          1 引言

          隨著應用需求的不斷提高,許多嵌入式系統在應用時都要求帶有擴展的大容量存儲器來存儲數據。CF 卡(Compact Flsah Card)由于價格便宜、存儲容量大、體積小、兼容性好等優點被廣泛應用于嵌入式產品。然而現有的CF 卡接口電路存在接口復雜,穩定性不高等缺點,不能滿足客戶的需求。通過深入研究ARM 處理器AT91RM9200 的外部總線接口(EBI)、CF 卡和CPLD 的工作原理,提出利用CPLD來改進CF 卡接口電路以解決現有接口電路中存在的缺點。

          2 器件簡介

          2.1 外部總線接口

          系統采用了以ARM920T 為內核的AT91RM9200作為微處理器,它是完全圍繞ARM920T Thumb 處理器構建的系統。它有豐富的系統與應用外設及標準的接口,包括一個高速片上SRAM 工作區及一個低等待時間的外部總線接口(EBI)以完成應用所要求的片外存儲區和內部存儲器映射外設配置的無縫連接。外部總線接口結構如圖1 所示。

          基于ARM的嵌入式系統CF卡與CPLD連接技術詳解

          EBI 通過集成電路支持CF 卡與SmartMedia 協議,從而極大地降低了對外部組件的需求。此外,EBI可處理多達8 個外設的數據傳輸,每個外設分配8 個在內置存儲控制器中定義的地址空間。數據通過16 位或32 位數據總線進行傳輸,地址總線高達26位,8個芯片選擇口(NCS[7:0])和在不同外部存儲控制器間復用的多個控制引腳進行復用。

          2.2 CF 卡

          CF 卡(Compact Flash Card)是采用Flash Memory技術的存儲卡,具有體積小、價格低廉、兼容性強、存儲量大等優點。CF 卡支持三種接口模式,分別是PCCard Memory Mode、PC Card I/O Mode、True IDEMode。因為True IDE Mode 不經常使用,故接口電路以PC Card Memory Mode 和PC Card I/O Mode設計。

          2.3 CPLD

          CPLD(Complex Programmable Logic Device)是一種較PLD 復雜的邏輯元件[2],是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發軟件平臺,用原理圖、硬件描述語言等方法,生成相應的目標文件,通過下載電纜(“在系統”編程)將代碼傳送到目標芯片中,實現設計的數字系統。

          該文采用的CPLD 是Altera 公司的MAX7000S系列的EPM7128SQL100-10。它有84 個引腳,其中5 根用于ISP(IN System Programmable)下載,可方便的對其進行“在系統”編程。EPM7128SQL100-10支持對電壓工作,可以利用Altera 公司的第四代開發平臺quartus Ⅱ方便地進行仿真、綜合和下載。

          3 硬件接口電路設計

          硬件接口電路的電路圖如圖2 所示。在此電路中用CPLD 來實現一般CF 卡接口電路中的雙向緩沖器和與非門等一些邏輯器件的邏輯功能,使接口電路變的更為簡單、穩定、高速,而且可以通過現場修改程序來實現不同的功能。

          基于ARM的嵌入式系統CF卡與CPLD連接技術詳解

          CF 卡中的_CD1、_CD2 是CF 卡是否安裝的狀態檢測信號,在CF 卡中接地。當CF 卡沒有安裝時,電路中_CD1、_CD2 由上拉電阻將其輸出拉為高電平;當CF 卡安裝時,_CD1、_CD2 由CF 卡接地輸出為低電平,_CD1、_CD2 相當于CF 卡的總開關。在實際接口電路中_CD1、_CD2 要接10 kΩ 的上拉電阻。

          將片選任務寄存器的CS4A 編程為1 則可使能EBI 的復用引腳NCS4/CFCS、NCS5/CFCE1、NCS6/CFCE2 為CompactFlash 信號CFCS、CFCE1、CFCE2,使能NOE/NRD/CFOE、NWR0/NEW/CFWE、NWR1/NBS1/CFIOR、NWR3/NBS3/CFIOW、A25/CFRNW為Compact Flash 信號CFOE、CFWE、CFIOR、CFIOW、CFRNW。這樣就可以通過訪問保留給NCS4 的地址空間來訪問外部的CF 卡。在NCS4 的地址空間中用當前的傳輸地址來分辨I/O 模式,通用存儲模式是標志存儲模式。傳輸地址總線的A23 用作I/O 模式選擇。該文CF 卡用A22/REG 來分離通用存儲模式和標志存儲模式。

          在I/O 模式下,CompactFlash 的邏輯驅動CFIOR與CFIOW 信號上SMC 的讀寫信號,此時CFOE 與CFWE 信號失效。同樣在通用存儲模式和標志存儲模式下驅動CFOE 與CFWE 信號上的SMC,CFIOR與CFIOW 信號失效。該邏輯如圖3 所示。

          基于ARM的嵌入式系統CF卡與CPLD連接技術詳解

          CFOE 與CFWE 通過CPLD 和CF 卡的OE 與WE連接起來,這是CF 卡在Memory Mode 的讀寫使能。

          CFIOE 與CFIOW 通過是I/O Mode 的使能。除了使能信號外,其他的信號對2 種模式都是相同的。

          CFCE1 與CFCE2 信號使能CF 卡的數據總線由上或是由下訪問,具體信息見表1。只有當NCS4 引腳上的SMC 配置為驅動8 位存儲器時才可進行奇字節訪問,NCS4 地址空間中的片選寄存器必須如表1所示進行設置。

          基于ARM的嵌入式系統CF卡與CPLD連接技術詳解

          _CD1、_CD2 為低電平時,CPU 的地址總線的低11 位A[10∶0]于CF 卡的地址總線A[10∶0]連通,CPU的數據總線的低16 位D[15∶0]與CF 卡的地址總線D[15∶0]連通。CPU 的A25/CFRNW 信號是數據流的方向的,NCS4/CFCS 信號是數據總線的傳輸使能。詳細內容請參閱表2。

          基于ARM的嵌入式系統CF卡與CPLD連接技術詳解

          CPU 是高速器件,CF 卡是低速器件,在CPU 給CF 卡傳輸數據的時候就會發生因為接收速度慢而丟失數據的情況。所以需要用_WAIT 信號來延遲CPU 的發送,這樣才能使CPU 的發送時序與CF 卡的接受時序匹配,使得數據的傳輸正確無誤。實際電路中CF 卡的_WAIT 信號通過CPLD 來控制CPU 的NWAIT 信號,_WAIT 要接10 kΩ 的上拉電阻。RDY/BSY 是CF 卡的工作狀態信號,當RDY/BSY 為1 時,CF 卡已經做好準備接收新的數據;當RDY/BSY 為0 時,CF 卡正在接受數據,這個信號也要接個10 kΩ上拉電阻。CF 卡的復位RESET 信號也是由系統的復位nRESET 信號在CPLD 中反相后產生的,以保持和系統的復位信號同步。

          4 CPLD 程序開發

          CPLD 程序在quartus Ⅱ下用Verilog HDL 語言編寫。程序經過編譯后,下載到CPLD 中固化。連接電路板和CF 卡,對CF 卡進行數據的讀寫操作,測試結果表明數據傳輸正確無誤,且傳輸速率更高。

          5 結束語

          該文重點研究了如何利用CPLD 來連接基于ARM 的嵌入式系統與CF 卡。其中使用的CPLD 不但簡化了接口電路,使其適合現場編程,同時改進的接口電路還適合產生各種復雜組合邏輯和時序邏輯。這種存儲技術的正確性已在電路板上得到驗證,它為基于ARM 的嵌入式系統的CF 卡存儲提供了一種有效的解決方案。

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          發表于 2018-09-10 17:43 ? 144次閱讀
          基于S3C44BOX人機交互界面LCD觸摸屏系統...

          嵌入式Linux與Android聯盟成立,主要在...

          全球智能系統領導廠商研華公司在2017年紐倫堡嵌入式電子與工業計算機應用展(Embedded Wo...

          發表于 2018-09-10 17:37 ? 145次閱讀
          嵌入式Linux與Android聯盟成立,主要在...

          淺析STM32的五大嵌入式操作系統的特點及不足

          基于STM平臺且滿足實時控制要求操作系統,有以下5種可供移植選擇。分別為μClinux、μC/OS-...

          發表于 2018-09-10 17:26 ? 386次閱讀
          淺析STM32的五大嵌入式操作系統的特點及不足

          STM32單片機特性解析

          其基于專為要求高性能、 低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M內核,同時具有一...

          發表于 2018-09-10 16:55 ? 269次閱讀
          STM32單片機特性解析

          中國聯通已完成BBF Cloud CO標準的樣機...

          中國聯通牽頭完成H.IPTV-TDES.6 "IPTV terminal device: Virtu...

          發表于 2018-09-10 15:10 ? 354次閱讀
          中國聯通已完成BBF Cloud CO標準的樣機...

          SFP+波長可調諧光模塊雙MCU嵌入式系統實現方...

          隨著全球光通信的日益發展,光通信的發展已經取得了驚人的成就。Alcatel-Lucent在2007...

          發表于 2018-09-10 10:18 ? 315次閱讀
          SFP+波長可調諧光模塊雙MCU嵌入式系統實現方...

          細數華為海思芯片和ARM內核

          很多人對于華為海思芯片非常感興趣,相關的討論爭論自然也不會少,在論壇上有時候也會看到。有人把它吹上天...

          發表于 2018-09-10 09:15 ? 548次閱讀
          細數華為海思芯片和ARM內核

          ARM學習出現的問題與解決方法

          它盡量完整地記錄了我從開始不懂ARM,到最終完成AT91SAM7S64各種外圍實驗的各個環節及整個過...

          發表于 2018-09-09 09:48 ? 139次閱讀
          ARM學習出現的問題與解決方法

          嵌入式web server boa在S3C241...

          修改Makefile文件,找到CC=gcc和CPP=gcc -E,分別將其改為交叉編譯器安裝的路徑

          發表于 2018-09-09 09:07 ? 80次閱讀
          嵌入式web server boa在S3C241...

          關于嵌入式Linux在PMP消費類電子產品上的應...

          Linux 是一種適合于嵌入式系統的開源操作系統,可以高效地處理各種復雜的任務。從基于TI DM32...

          發表于 2018-09-08 10:47 ? 61次閱讀
          關于嵌入式Linux在PMP消費類電子產品上的應...

          如何制作一個基于linux 2.6.19內核的小...

          ARM9 S3C2410微處理器與Linux的結合越來越緊密,逐漸在嵌入式領域得到廣范的應用。目前...

          發表于 2018-09-07 17:09 ? 116次閱讀
          如何制作一個基于linux 2.6.19內核的小...

          從RTOS到嵌入式Linux的應用移植步驟以及相...

          在過去幾年中,Linux成功地取代了一些最主要的傳統RTOS(實時操作系統)平臺,成為了各種各樣的...

          發表于 2018-09-07 16:47 ? 107次閱讀
          從RTOS到嵌入式Linux的應用移植步驟以及相...

          基于MCU52單片機在無線傳感器網絡演示系統中的...

          無線傳感器網絡能夠實時監測、感知和采集網絡分布區域內的各種環境或監測對象的信息,并對這些信息進行處理...

          發表于 2018-09-07 15:25 ? 115次閱讀
          基于MCU52單片機在無線傳感器網絡演示系統中的...

          國內市場競爭激烈,Arm未來之路在何方?

          在眾科技企業紛紛布局AI的時代趨勢下,Arm自然不甘人后,但“博采眾長”的新品卻沒有在第一時間召喚出...

          發表于 2018-09-06 17:31 ? 1397次閱讀
          國內市場競爭激烈,Arm未來之路在何方?

          Arm Pelion 物聯網平臺,可幫助企業獲得...

          物聯網(IoT)的真正價值蘊藏在部署于全球網絡中的數十億臺物聯網設備之中——即這些設備內部尚未開發(...

          發表于 2018-09-06 08:00 ? 247次閱讀
          Arm Pelion 物聯網平臺,可幫助企業獲得...

          關于四種實時嵌入式Linux操作系統的對比分析淺...

          本文對四種實時操作系統(RTOS)特性進行分析和比較。它們是:Lynx實時系統公司的LynxOS、Q...

          發表于 2018-09-05 17:39 ? 212次閱讀
          關于四種實時嵌入式Linux操作系統的對比分析淺...

          關于嵌入式系統的特點和Linux內核的實時應用分...

          Linux本身為分時操作系統,其系統目標為較好的平均響應時間和較高的吞吐量,而實時系統則主要考慮任務...

          發表于 2018-09-05 17:25 ? 118次閱讀
          關于嵌入式系統的特點和Linux內核的實時應用分...

          嵌入式FPGA能隨時更改RTL的靈活性,將改變芯...

          芯片設計人員今天面臨的最關鍵的問題之一是在設計過程中實時重新配置RTL,甚至在系統中也是如此。不幸的...

          發表于 2018-09-05 16:58 ? 143次閱讀
          嵌入式FPGA能隨時更改RTL的靈活性,將改變芯...

          物聯網和數據將引發信息革命重新定義所有行業

          隨著全球領先的芯片技術和物聯網服務公司Arm收購Treasure Data,歷史發展將邁入新階段。這...

          發表于 2018-09-05 15:55 ? 327次閱讀
          物聯網和數據將引發信息革命重新定義所有行業

          慧榮科技FerriSSD嵌入式存儲解決方案,有哪...

          慧榮科技今日宣布推出其專為車載信息娛樂(IVI)系統設計的汽車級PATA及SATA FerriSSD...

          發表于 2018-09-05 09:19 ? 643次閱讀
          慧榮科技FerriSSD嵌入式存儲解決方案,有哪...

          利用語音識別技術和嵌入式系統交叉研究是語音識別的...

          語音識別技術就是能使計算機“聽懂“人類的語言,然后根據其義來執行相應的命令,從而實現為人類服務。隨著...

          發表于 2018-09-04 17:23 ? 156次閱讀
          利用語音識別技術和嵌入式系統交叉研究是語音識別的...

          基于ARM架構的國產芯片亮相,一個可能是全世界最...

          基于ARM架構的國產芯片終于在芯片市場撕開了一道口子,盡管,目前它仍小到可以忽略。

          發表于 2018-09-04 17:10 ? 390次閱讀
          基于ARM架構的國產芯片亮相,一個可能是全世界最...

          如何區分FPGA與CPLD?本文告訴你答案!

          如何區分CPLD或FPGA和哪一個更適合自己?這是一個老生常談的問題,尤其是學生和初學者。如果您也...

          發表于 2018-09-04 14:16 ? 167次閱讀
          如何區分FPGA與CPLD?本文告訴你答案!

          東芝推出全球最小嵌入式NAND閃存產品,可用于各...

          新產品符合最新的e.MMCTM標準,適用于各種廣泛的數字消費產品,包括智能手機、平板電腦和可穿戴設備...

          發表于 2018-09-04 10:30 ? 118次閱讀
          東芝推出全球最小嵌入式NAND閃存產品,可用于各...

          怎么才能更好的理解嵌入式操作系統Linux實時化...

          Linux支持PowerPC、MIPS、ARM、DSP等多種嵌入式處理器,逐漸被用于多種關鍵性場合。...

          發表于 2018-09-03 17:44 ? 165次閱讀
          怎么才能更好的理解嵌入式操作系統Linux實時化...

          低成本彩屏顯示方案

          基于i.MX RT系列高性能跨界處理器設計的一款高性價比視頻播放解決方案。實現了在嵌入式微處理器上的...

          發表于 2018-09-03 17:39 ? 409次閱讀
          低成本彩屏顯示方案

          什么是嵌入式Linux內核調試技術?嵌入式開發又...

          近年處理器技術發展速度加快,嵌入式領域發生了翻天覆地的變化。特別是網絡的普及,消費電子異軍突起,嵌入...

          發表于 2018-09-03 17:38 ? 124次閱讀
          什么是嵌入式Linux內核調試技術?嵌入式開發又...
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