Подключение Compact Flash к микроконтроллеру AT91SAM9263

В этой статье я опишу особенности аппаратного подключения Compact Flash(CF) карт к микроконтроллеру AT91SAM9263 и программную реализацию интерфейса в режиме True-IDE. Микроконтроллер AT91SAM9263 имеет в своем составе интерфейс внешней шины с поддержкой Compact Flash который и будет использован. Т.к. интерфейсы Compact Flash и HDD похожи, в дальнейшем я не буду их разделять и все рассуждения будут справедливы и для CF-карт, и для жестких дисков. Программная реализация написана на языке Си без использования какой-либо операционной системы.

1. Аппаратное подключение

1.1. Сигналы внешней шины EBI.

Интерфейс внешней шины (EBI) содержит в своем составе модуль подключения Compact Flash, который позволяет работать с CF-картами в различных режимах (Memory-mode, I/O-mode, True-IDE-mode и т.п.). В таблице 1 собраны сигналы которые могут использоваться для подключения CF-карт  в режиме True-IDE.

Сигнал CFRNW используется для переключения направления передачи сигнала в шинных формирователях шины данных.

1.2. Другие управляющие сигналы.

Для работы с Compact Flash требуются так же дополнительные сигналы управления помимо внешней шины, эти линии управления собраны в таблицу 2.

Другие линии управления мы не будем использовать в нашем примере.

 1.3. Пример подключения Compact Flash.

На рисунке 1. представлена блок-схема, а на рисунке 2 - схема подключения Compact Flash карты к AT91SAM9263.

Рисунок 1. Блок-схема подключения Compact Flash к AT91SAM9263.

Рисунок 2. Схема подключения Compact Flash к AT91SAM9263.

2. Программное обеспечение

 2.1 Обработка встроенных сигналов внешней шины.

Логика контроллера Compact Flash работает через контроллер статической памяти (SMC) и организована в две области внешней памяти выбираемые 4м и 5м сигналами выбора кристалла EBI0_NCS4 и EBI0_NCS5, т.е. от 0х5000000 до  0х5FFFFFFF для EBI0_NCS4 и от 0х6000000 до  0х6FFFFFFF для EBI0_NCS5. Сигналы _IOIS16 и _ATA_SEL не поддерживаются контроллером Compact Flash. Различные режимы работы интерфейса переключаются путем работы в поддиапазонах памяти в соответствии с картой памяти (см. рис. 2).

Рисунок 2. Карта памяти Compact Flash контроллера.

Для использования функции Compact Flash следующие PIO сигналы должны быть настроены как периферийные входы/выходы.

• PD5 - сигнал NWAIT
• PD6 (PD7) - сигнал EBI0_NCS4 (EBI0_NCS5)
• PD8 - сигнал EBI0_CFCE1
• PD9 - сигнал EBI0_CFCE2
• PD14 - сигнал EBI0_A25_CFNRW

Кроме того Compact Flash контроллер должен быть активирован путем установки бита EBI_CS4A или EBI_CS5A в регистре EBI_CSA для назначения ему сигнала NCS4 или NCS5 соответственно.

2.2 Обработка прочих сигналов управления.

Как видно из таблицы 2, у нас есть 2 сигнала подключенных к обычным линиям GPIO, этими сигналами мы должны управлять самостоятельно. Сигнал _RESET производит аппаратный сброс CF-карты, а входной сигнал Card Detect устанавливается в 0 когда карта вставлена, путем опроса этого сигнала программное обеспечение может определить, есть ли карта в слоте.

2.3 Временные диаграммы

Для работы в режиме PIO-4 мы установим следующие параметры контроллера статической памяти:

PS_SMC0->SMC_SETUP4 = 0x00030003;
PS_SMC0->SMC_CYCLE4 = 0x00110011;
PS_SMC0->SMC_PULSE4 = 0x11071107;

Частота MCLK у нас 100МГц так что все тайминги получаются умножением 10нс на число в регистре. Т.е. цикл чтения/записи будет равен 170нс.

2.4 Программная реализация

Программа находится в приложенном файле в конце этой статьи. В архиве надожится проект для Eclipse Gallileo, компиляция производилясь в среде Windows XP Home Edition SP3 с использованием кросс-тулчейна Yagarto. Для доступа к перефирийным устройствам используются библиотеки at91lib доступные для скачивания на сайте компании Atmel. Программное обеспечение тестировалось с использованием модуля PM9263 компании Ronetix.

2.5 Ссылки на использованные в статье материалы

1. Interfacing a Hard Disk Drive to an AT91RM9200 Microcontroller