目前,通過單片機(jī)去控制硬盤的ATA接口,大多采用PIO模式實(shí)現(xiàn),速度和性能上都不夠理想,硬盤與PC機(jī)的連接也相當(dāng)繁瑣。要頻繁地與PC機(jī)交換大量資料,采用USB硬盤是一個(gè)相當(dāng)好的解決方案。本文給出一個(gè)如何利用單片機(jī)完成對(duì)硬盤的讀寫,同時(shí)具有USB-ATA功能的可行方案。

1 USB、GPIF、ATA接口

1.1 USB總線

USB(Universal Serial Bus)[4]是一種串行接口的新標(biāo)準(zhǔn),其主要優(yōu)點(diǎn)是速度快、功耗低、支持即插即用(Plug Play)、使用安裝方便。USB支持最多5個(gè)Hub層以及127個(gè)外設(shè),所有外設(shè)通過協(xié)議共享USB的帶寬。目前使用中的USB協(xié)議有1.0、1.1和2.0三個(gè)版本,通訊速率分別為1.5Mbps、12Mbps、480Mbps,USB協(xié)議向下兼容。

從邏輯結(jié)構(gòu)上講,USB數(shù)據(jù)的傳輸是通過管道進(jìn)行的,管道的兩端連接host和device的端點(diǎn)BUFFER,BUFFER的大小直接影響通訊的速率。USB系統(tǒng)軟件通過缺省管道(與端點(diǎn)0相對(duì)應(yīng))管理設(shè)備,設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序通過其它管道來管理設(shè)備的功能接口。每一個(gè)USB設(shè)備在主機(jī)看來就是一個(gè)端點(diǎn)的集合,主機(jī)只能通過端點(diǎn)與設(shè)備進(jìn)行通訊。在USB系統(tǒng)中,每一個(gè)端點(diǎn)都有唯一的地址,這是由設(shè)備地址和端點(diǎn)號(hào)給出的。每個(gè)端點(diǎn)都有一定的特性,其中包括:傳輸方式、總線訪問頻率、帶寬、端點(diǎn)號(hào)、數(shù)據(jù)包的最大容量等。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同選擇相應(yīng)的端點(diǎn)類型。USB數(shù)據(jù)流模型見圖1。

1.2 GPIF

GPIF(general programmable interface)[1、2]即通用可編程接口,是CYPRESS公司在其EZ-USB FX以及FX2系列單片機(jī)里設(shè)計(jì)的一個(gè)可由用戶編程的接口,具有快速、靈活等特點(diǎn),可使用多種協(xié)議完成與外圍器件的無縫連接,如EIDE/ATAPI、IEEE1284、Utopia等。對(duì)其可以根據(jù)需要進(jìn)行編程,且運(yùn)行中不需要CPU的干預(yù),僅通過一些CPU標(biāo)志和中斷與增強(qiáng)型8051內(nèi)核通訊。GPIF與8051內(nèi)核的關(guān)系見圖2。

GPIF主要組成部分:

(1)ADR[5..0]:地址線,可作為擴(kuò)展存儲(chǔ)器的低位地址,在連續(xù)執(zhí)行GPIF動(dòng)作時(shí)具有自動(dòng)增一功能?？蓪?duì)其對(duì)應(yīng)的寄存器進(jìn)行讀寫(FX2系列中擴(kuò)充為9根地址線)。

(2)RDY[5..0]:輸入Ready信號(hào),可對(duì)指定的信號(hào)進(jìn)行連續(xù)采樣,以確定GPIF動(dòng)作繼續(xù)、等待或是反復(fù)不斷采樣,直到信號(hào)的指定狀態(tài)出現(xiàn)。通常用來等待指定信號(hào)的某個(gè)狀態(tài)出現(xiàn),然后繼續(xù)剩余動(dòng)作。

(3)CTL[5..0]:輸出Control信號(hào),根據(jù)編程指令輸出高低電平或集電極開路。通常用作選通信號(hào)、非總線輸出信號(hào),以及產(chǎn)生簡(jiǎn)單的脈沖信號(hào)。

(4)FD[15..0]:雙向FIFO數(shù)據(jù)線,一般又稱AFI、BFI。

(5)IFCLK:時(shí)鐘接口,決定使用外接時(shí)鐘還是使用內(nèi)部48MHz或30MHz時(shí)鐘周期。

(6)GSTATE[2..0]:當(dāng)前GPIF狀態(tài)數(shù),可用來判斷當(dāng)前GPIF工作狀態(tài),一般調(diào)試用。

(7)GPIF PROGRAM:GPIF程序存儲(chǔ)區(qū)間0x7900～0x797F,存儲(chǔ)GPIF指令,可存儲(chǔ)4組波形的程序代碼(FX2系列存儲(chǔ)區(qū)間為0xE400～0xE47F)。

每個(gè)GPIF動(dòng)作都由七段組成:Interval0～I(xiàn)nterval6,簡(jiǎn)稱I0～I(xiàn)6。執(zhí)行完I0~I6的動(dòng)作后,最后都進(jìn)入IDLE(I7),即空閑狀態(tài),以準(zhǔn)備啟動(dòng)下一次GPIF動(dòng)作。每個(gè)Interval可以定義為Non-Decision Interval,簡(jiǎn)稱NDP;或是Decision Point Interval,簡(jiǎn)稱DP。