嵌入式系统课件：ARM 第五讲.ppt

1、CHAPTER 5嵌入式系统的存储器系统嵌入式系统的存储器系统2022-1-192内容提要内容提要存储器系统概述存储器系统概述存储设备分类存储设备分类Flash接口电路接口电路SRAM接口电路接口电路CF&SD卡接口电路卡接口电路IDE接口电路接口电路2022-1-193内容提要内容提要存储器系统概述存储器系统概述存储设备分类存储设备分类Flash接口电路接口电路SRAM接口电路接口电路CF&SD卡接口电路卡接口电路IDE接口电路接口电路2022-1-194存储器系统概述存储器系统概述o 存储器系统的层次结构存储器系统的层次结构计算机系统的存储器被组织成一个6个层次的金字塔形的层次结构。上面一

2、层的存储器作为下一层存储器的高速缓存。2022-1-195高速缓冲存储器高速缓冲存储器o在主存储器和CPU之间采用高速缓冲存储器（cache）被广泛用来提高存储器系统的性能，许多微处理器体系结构都把它作为其定义的一部分。cache能够减少内存平均访问时间。oCache可以分为统一cache和独立的数据程序cache。在一个存储系统中，指令预取时和数据读写时使用同一个cache，这时称系统使用统一的cache。如果在一个存储系统中，指令预取时使用的一个cache，数据读写时使用的另一个cache，各自是独立的，这时称系统使用了独立的cache，用于指令预取的cache称为指令cache，用于数据

3、读写的cache称为数据cache。o当CPU更新了cache的内容时，要将结果写回到主存中，可以采用写通法（write-through）和写回法（write-back）。写通法是指CPU在执行写操作时，必须把数据同时写入cache和主存。采用写通法进行数据更新的cache称为写通cache。写回法是指CPU在执行写操作时，被写的数据只写入cache不写入主存。仅当需要替换时，才把已经修改的cache块写回到主存中。采用写回法进行数据更新的cache称为写回cache。2022-1-196存储管理单元存储管理单元o MMU（Memory Manage Unit, 存储管理单元）在CPU和物理内

4、存之间进行地址转换，将地址从逻辑空间映射到物理空间，这个转换过程一般称为内存映射。MMU主要完成以下工作：n（1）虚拟存储空间到物理存储空间的映射。采用了页式虚拟存储管理，它把虚拟地址空间分成一个个固定大小的块，每一块称为一页，把物理内存的地址空间也分成同样大小的页。MMU实现的就是从虚拟地址到物理地址的转换。n（2）存储器访问权限的控制。n（3）设置虚拟存储空间的缓冲的特性。o 嵌入式系统中常常采用页式存储管理。页表是存储在内存中的一个表，页表用来管理这些页。页表的每一行对应于虚拟存储空间的一个页，该行包含了该虚拟内存页对应的物理内存页的地址、该页的访问权限和该页的缓冲特性等。从虚拟地址到物

5、理地址的变换过程就是查询页表的过程。2022-1-197存储管理单元存储管理单元o 基于程序在执行过程中具有局部性的原理，在一段时间内，对页表的访问只是局限在少数几个单元。根据这一特点，增加了一个小容量（通常为816字）、高速度（访问速度和CPU中通用寄存器相当）的存储部件来存放当前访问需要的地址变换条目，这个存储部件称为地址转换后备缓冲器（Translation Look aside Buffer，TLB）。当CPU访问内存时，首先在TLB中查找需要的地址变换条目，如果该条目不存在，CPU在从位于内存中的页表中查询，并把相应的结果添加到TLB中，更新它的内容。o 当ARM处理器请求存储访问时

6、，首先在TLB中查找虚拟地址。如果系统中数据TLB和指令TLB是分开的，在取指令时，从指令TLB查找相应的虚拟地址，对于内存访问操作，从数据TLB中查找相应的虚拟地址。2022-1-198存储管理单元存储管理单元o 嵌入式系统中虚拟存储空间到物理存储空间的映射以内存块为单位来进行。即虚拟存储空间中一块连续的存储空间被映射到物理存储空间中同样大小的一块连续存储空间。在页表和TLB中，每一个地址变换条目实际上记录了一个虚拟存储空间的内存块的基地址与物理存储空间相应的一个内存块的基地址的对应关系。根据内存块大小，可以有多种地址变换。o 嵌入式系统支持的内存块大小有以下几种：段（section）大小为

7、1MB的内存块；大页（Large Pages）大小为64KB的内存块；小页（Small Pages）大小为4KB的内存块；极小页（Tiny Pages）大小为1KB的内存块。极小页只能以1KB大小为单位不能再细分，而大页和小页有些情况下可以在进一步的划分，大页可以分成大小为16KB的子页，小页可以分成大小为1KB的子页。2022-1-199存储管理单元存储管理单元o MMU中的域指的是一些段、大页或者小页的集合。每个域的访问控制特性都是由芯片内部的寄存器中的相应控制位来控制的。例如在ARM嵌入式系统中，每个域的访问控制特性都是由CP15中的寄存器C3中的两位来控制的。 o MMU中的快速上下文

8、切换技术（Fast Context Switch Extension， FCSE）通过修改系统中不同进程的虚拟地址，避免在进行进程间切换时造成的虚拟地址到物理地址的重映射，从而提高系统的性能。o 在嵌入式系统中，I/O操作通常被映射成存储器操作，即输入输出是通过存储器映射的可寻址外围寄存器和中断输入的组合来实现的。I/O的输出操作可通过存储器写入操作实现；I/O的输入操作可通过存储器读取操作实现。这些存储器映射的I/O空间不满足cache所要求的特性，不能使用cache技术，一些嵌入式系统使用存储器直接访问（DMA）实现快速存储。 2022-1-1910内容提要内容提要存储器系统概述存储器系统

9、概述存储设备分类存储设备分类Flash接口电路接口电路SRAM接口电路接口电路CF&SD卡接口电路卡接口电路IDE接口电路接口电路2022-1-1911存储设备分类存储设备分类o 存储器是嵌入式系统硬件的重要组成部分，用来存放嵌入式系统工作时所用的程序和数据。嵌入式系统的存储器由片内和片外两部分组成。o 按系统地位分：n主存储器（Main Memory简称内存或主存）n辅助存储器（Auxiliary Memory，Secondary Memory，简称辅存或外存）。o 按存储介质分：n磁存储器（Magnetic Memory），半导体存储器、光存储器（Optical Memory）及激光光盘存

10、储器（Laser Optical Disk）。2022-1-1912存储设备分类存储设备分类o 按信息存取方式分：n随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）o 随机存取存储器是一种在机器运行期间可读、可写的存储器，又称读写存储器。随机存储器按信息存储的方式，可分为静态RAM（Static RAM，SRAM），动态RAM（Dynamic RAM，DRAM）及准静态RAM（Pseudostatic RAM，简称PSRAM）。n只读存储器（Read Only Memory，ROM）o 指在机器运行期间只能读出信息，不能随时写入信息的存储器只读存储器按功能可分为掩模式（ROM

11、）、可编程只读存储器（Programmable ROM，PROM）和可改写的只读存储器（Erasable Programmable ROM，EPROM）。2022-1-1913存储器的组织和结构存储器的组织和结构o 存储器的容量是描述存储器的最基本参数，如1MB。存储器的表示并不唯一，有不同表示方法，每种有不同的数据宽度。在存储器内部，数据是存放在二维阵列存储单元中。阵列以二维的形式存储，给出的n位地址被分成行地址和列地址（nr+c）。r是行地址数，c是列地址数。行列选定一个特定存储单元。如果存储器外部宽度为1位，那么列地址仅一位；对更宽的数据，列地址可选择所有列的一个子集。 o 嵌入式系统的

12、存储器与通用系统的存储器有所不同，通常由ROM、RAM、EPROM等组成。嵌入式存储器一般采用存储密度较大的存储器芯片，存储容量与应用的软件大小相匹配。2022-1-1914常见嵌入式系统存储设备常见嵌入式系统存储设备o 1RAM（随机存储器）（随机存储器）nRAM可以被读和写，地址可以以任意次序被读。常见RAM的种类有SRAM（Static RAM，静态随机存储器）、DRAM（Dynamic RAM，动态随机存储器）、DDRAM（Double Data Rate SDRAM，双倍速率随机存储器）。其中，SRAM比DRAM运行速度快，SRAM比DRAM耗电多，DRAM需要周期性刷新。而DDRA

13、M是RAM的下一代产品。o 2ROM（只读存储器）（只读存储器）nROM在烧入数据后，无需外加电源来保存数据，断电后数据不丢失，但速度较慢，适合存储需长期保留的不变数据。在嵌入式系统中，ROM用固定数据和程序。常见ROM有Mask ROM（掩模ROM）、PROM（Programmable ROM，可编程ROM）、EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦写ROM）、EEPROM（电可擦除可编程ROM，也可表示为E2PROM）、Flash ROM（闪速存储器）2022-1-1915常见嵌入式系统存储设备常见嵌入式系统存储设备o 3 Flash Memory（闪存）（闪存

14、）nFlash memory是一种非易失性存储器NVM（Non-Volatile Memory），是嵌入式系统中重要的组成部分，用来存储程序和数据，掉电后数据不会丢失。根据结构的不同可以将其分成NOR Flash和NAND Flash两种。nFlash Memory在物理结构上分成若干个区块，区块之间相互独立。NOR Flash把整个存储区分成若干个扇区（Sector），而NAND Flash把整个存储区分成若干个块（Block），可以对以块或扇区为单位的内存单元进行擦写和再编程。n擦除NOR Flash时是以64128KB为单位的块进行的，执行一个写入擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NA

15、ND Flash是以832KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。2022-1-1916常见嵌入式系统存储设备常见嵌入式系统存储设备-Flash MemorynNOR Flash的读速度比NAND Flash稍快一些，NAND Flash的写入速度比NOR Flash快很多。NAND Flash的随机读取能力差，适合大量数据的连续读取。n除了NOR Flash的读，Flash Memory的其他操作不能像RAM那样，直接对目标地址进行总线操作。例如执行一次写操作，它必须输入一串特殊的指令（NOR Flash ），或者完成一段时序（NAND Flash）才能将数据写入到Flash Mem

16、ory中。nNOR Flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND Flash地址、数据和命令共用8位总线/16位总线，每次读写都要使用复杂的I/O接口串行地存取数据，8位总线/16位总线用来传送控制、地址和资料信息。nNAND Flash读和写操作采用512B的块，类似硬盘管理操作。因此，基于NAND的闪存可以取代硬盘或其他块设备。nNOR Flash容量通常在1 MB8MB之间。而NAND Flash用在8MB以上的产品当中。NOR Flash主要应用在代码存储介质中，NAND Flash适用于资料存储。2022-1-1917常见嵌入式系统

17、存储设备常见嵌入式系统存储设备-Flash Memoryn应用程序可以直接在NOR Flash内运行，不需要再把代码读到系统RAM中运行。NOR Flash的传输效率很高，在14MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND Flash结构可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快，应用NAND Flash的困难在于需要特殊的系统接口。n在NOR Flash上运行代码不需要任何的软件支持。在NAND Flash上进行同样操作时，通常需要驱动程序，也就是内存技术驱动程序（MTD ）。NAND Flash和NOR Flash在进行写入和擦除操作时都需要M

18、TD。n在NAND Flash中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR Flash的擦写次数是十万次。NAND Flash除了具有10:1的块擦除周期优势，典型的NAND Flash块尺寸要比NOR型闪存小8倍，每个NAND Flash的内存块在给定的时间内删除次数要少一些。2022-1-1918常见嵌入式系统存储设备常见嵌入式系统存储设备o 4标准存储卡（标准存储卡（Compact Flash，CF卡）卡）nCF卡是利用Flash技术的存储卡，接口具有PCMCIA-ATA功能，可以工作在IDE接口模式，也可以工作在PC Card模式。衍生出来的CF+卡物理规格和CF完全相同，在手持设备上应

19、用，如CF串口卡、CF Modem. CF蓝牙、CF USB卡、CF网卡、CF GPS卡、CF GPRS卡等。按照CF+卡标准，它不一定要支持ATA接口。通常建议CF+卡工作在PCMCIA模式。CF卡可以看作是PCMCIA卡的一个子集，可以通过物理上的转换器，直接转换成PCMCIA卡使用。nCF卡可分为I型和II型两类，二者的规格和特性基本相同，只是II型比I型略厚一些（5.0mm，3.3mm），II型插座可以同时兼容I型卡。2022-1-1919常见嵌入式系统存储设备常见嵌入式系统存储设备-CF卡卡nCF卡有3种工作模式：PC卡ATA I/O模式、PC卡ATA存储模式和实IDE模式。实IDE

20、模式与IDE接口完全兼容。CF卡遵循ATA协议，属于块存储设备，存储单元是通过磁头（head）、柱面（cylinder，也称磁道）和扇区（sector ）组织起来的。在物理寻址（CHS）方式下，每一组H/C/S参数唯一确定存储卡中的一个扇区，通常一个扇区拥有512B的数据空间。一个驱动数格式化后的容量为磁头数柱面数扇区数512字节。在物理寻址模式下，扇区（S）是最低的地址单位，其次是磁头（H），最后的柱面（C）为最高寻址单位。此外，还有逻辑寻址方式（LBA）。在这种寻址方式下，CF卡按照以连续序列的逻辑扇区编号进行寻址，主机不必知道CF卡的物理几何结构。2022-1-1920常见嵌入式系统存储

21、设备常见嵌入式系统存储设备o 5安全数据卡（安全数据卡（Secure Digital Card，SD卡）卡）n由日本Panasonic公司、TOSHIBA公司和美国SanDisk公司共同开发研制的SD卡是一种全新的存储卡产品，在MP3、数码摄像机、数码相机、电子图书及AV器材等中应用。SD存储卡采用一个完全开放的标准（系统），外形与MultiMedia卡保持一致，比MMC卡略厚，具有更大的容量，兼容MMC卡接口规范。SD卡具有加密功能，可以保证数据资料的安全保密。SD卡具有版权保护技术，所采用的版权保护技术是DVD中使用的CPRM技术（可刻录介质内容保护）。2022-1-1921常见嵌入式系统

22、存储设备常见嵌入式系统存储设备o 6硬盘存储器硬盘存储器n硬盘存储器具有存储容量大，使用寿命长，存取速度较快的特点，也是在嵌入式系统中常用的外存。n硬盘存储器的硬件包括硬盘控制器（适配器）、硬盘驱动器以及连接电缆。硬盘控制器（Hard Disk Controller，简称HDC）对硬盘进行管理，并在主机和硬盘之间传送数据。硬盘控制器以适配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上，然后通过电缆与硬盘驱动器相连。硬盘驱动器（Hard Disk Drive，简称HDD）中有盘片、磁头、主轴电机（盘片旋转驱动机构）、磁头定位机构、读写电路和控制逻辑等。n最常见的硬盘接口是IDE（ATA）和SCSI两种，一

23、些移动硬盘采用PCMCIA或USB接口。2022-1-1922内容提要内容提要存储器系统概述存储器系统概述存储设备分类存储设备分类Flash接口电路接口电路SRAM接口电路接口电路CF&SD卡接口电路卡接口电路IDE接口电路接口电路2022-1-1923NOR Flash接口电路接口电路oNOR Flash存储器存储器Am29LV160D引脚引脚类型类型功能功能A19A0输入地址输入。提供存储器地址DQ14DQ0输入/输出数据输入/输出DQ15/A-1输入/输出在字模式，DQ15为数据输入/输出；在字节模式，A-1为 LSB地址输入BYTE#输入选择8bit 或者16bit 模式CE#输入片选

24、。当CE# 为低电平时，芯片有效OE#输入输出使能。当OE# 为低电平时，输出有效WE#输入写使能，低电平有效，控制写操作RESET#输入硬件复位引脚端，低电平有效RY/BY#输出就绪/忙标志信号输出，SO-44封装无此引脚端VCC电源3 V电源电压输入VSS地器件地NC未连接。空脚Am29LV160D是AMD公司的一款NOR Flash存储器，存储容量为2M8Bit/1M16Bit，2022-1-1924S3C2410A与与NOR Flash接口电路接口电路 Flash存储器在系统中通常用于存放程序代码，系统上电或复位后从此获取指令并开始执行，因此，应将存有程序代码的Flash存储器配置到B

25、ank0，即将S3C2410A的nGCS0接至Am29LV160D的CE（nCE）端。Am29LV160D的OE（nOE）端接S3C2410X的nOE；WE（nWE）端与S3C2410X的nWE相连；地址总线A19A0与S3C2410X的地址总线ADDR20ADDR1（A20A1）相连；16位数据总线DQ15DQ0与S3C2410X的低16位数据总线DATA15DATA0（D15D0）相连。2022-1-1925NAND Flash接口电路接口电路o S3C2410A NAND Flash控制器控制器nS3C2410A可以在一个外部NAND Flash存储器上执行启动代码。为了支持NAND F

26、lash的启动装载（boot loader），S3C2410A配置了一个叫做“Steppingstone”的内部SRAM缓冲器。当系统启动时，NAND Flash存储器的前4KB将被自动加载到Steppingstone中，然后系统自动执行这些载入的启动代码。n在一般情况下，启动代码将复制NAND Flash的内容到SDRAM中。使用S3C2410A内部硬件ECC功能可以对NAND Flash的数据的有效性进行检查。在复制完成后，将在SDRAM中执行主程序。2022-1-1926NAND Flash工作模式工作模式o 自动启动模式时序：自动启动模式时序：n（1）完成复位；（2）当自动启动模式使能

27、时，首先将NAND Flash存储器的前4 KB内容自动复制到Steppingstone 4 KB内部缓冲器中；（3）Steppingstone映射到nGCS0；（4）CPU开始执行在Steppingstone 4 KB内部缓冲器中的启动代码。2022-1-1927NAND Flash接口电路接口电路（1）利用NFCONF寄存器设置NAND Flash配置；（2）写NAND Flash命令到NFCMD寄存器；（3）写NAND Flash地址到NFADDR寄存器；（4）在检查NAND Flash状态时，利用NFSTAT寄存器读写数据。在读操作之前或者编程操作之后应该检查R/nB信号。 引脚引脚配

28、置配置D7:0数据数据/命令命令/地址输入地址输入/输出端口（用输出端口（用数据总线分派）数据总线分派）CLE命令锁存使能（输出）命令锁存使能（输出）ALE地址锁存使能（输出）地址锁存使能（输出）nFCENAND Flash芯片芯片使能（输出）使能（输出）nFRENAND Flash读读使能（输出）使能（输出）nFWENAND Flash写写使能（输出）使能（输出）R/nBNAND Flash准备就绪准备就绪/忙忙使能（输使能（输出）出）NAND Flash模式配置：模式配置：NAND Flash控制器引脚配置控制器引脚配置2022-1-1928S3C2410A与与NAND Flash接口电路

29、接口电路这种一口多用的方式可以大大减少总线的数目。K9F1208UDM的I/O口既可接收和发送数据，也可接收地址信息和控制命令。在CLE有效时，锁存在I/O口上的是控制命令字；在ALE有效时，锁存在I/O口上的是地址；/RE或/WE有效时，锁存的是数据。2022-1-1929内容提要内容提要存储器系统概述存储器系统概述存储设备分类存储设备分类Flash接口电路接口电路SRAM接口电路接口电路CF&SD卡接口电路卡接口电路IDE接口电路接口电路2022-1-1930SRAM接口电路接口电路oSDRAM可读可写，不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器。在嵌入式系统中，SDR

30、AM主要用做程序的运行空间、数据及堆栈区。当系统启动时，CPU首先从复位地址0 x0处读取启动代码，在完成系统的初始化后，程序代码一般应调入SDRAM中运行，以提高系统的运行速度。同时，系统及用户堆栈、运行数据也都放在SDRAM中。o为避免数据丢失， SDRAM必须定时刷新。因此要求微处理器具有刷新控制逻辑，或在系统中另外加入刷新控制逻辑电路。S3C2410X及其他一些ARM芯片在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可方便地与SDRAM接口。但某些ARM芯片则没有SDRAM刷新控制逻辑，不能直接与SDRAM接口，在进行系统设计时应注意这一点。o目前常用的SDRAM为8位/16位的数据宽度，工

31、作电压一般为3.3V。主要的生产厂商为HYUNDAI，Winbond等，同类型器件一般具有相同的电气特性和封装形式，可以通用。2022-1-1931常用常用SDRAMoHY57V561620存储容量为4组64M位，工作电压为3.3V，常见封装为TSOP-54，兼容LVTTL接口，支持自动刷新（Auto-Refresh）和自刷新（Self-Refresh），16位数据宽度。引脚引脚类型类型功能功能CLK输入输入时钟，芯片时钟输入。所有的输入中时钟，芯片时钟输入。所有的输入中CLK的上升沿有效的上升沿有效CKE输入输入时钟使能，片内时钟信号控制时钟使能，片内时钟信号控制/CS输入输入片选。禁止或使

32、能除片选。禁止或使能除CLK、 CKE和和DQM外的所有输入信号外的所有输入信号BA0，BA1输入输入组地址选择。用于片内组地址选择。用于片内4个组的选择个组的选择A12A0输入输入地址总线。行地址：地址总线。行地址：A12A0；列地址：；列地址：A8A0/RAS输入输入行地址锁存。时钟沿和行地址锁存。时钟沿和/RAS有效时，锁存行地址，允许行的访问有效时，锁存行地址，允许行的访问/CAS输入输入列地址锁存。时钟沿和列地址锁存。时钟沿和/CAS有效时，锁存列地址，允许列的访问有效时，锁存列地址，允许列的访问/WE输入输入写使能。使能写信号和允许列改写，写使能。使能写信号和允许列改写，WE和和/

33、CAS有效时开始锁存有效时开始锁存LDQM，UDQM输入输入数据数据I/O屏蔽。在读模式下控制输出缓冲；在写模式下屏蔽输入数据屏蔽。在读模式下控制输出缓冲；在写模式下屏蔽输入数据DQ15DQ0输入输入/输出输出数据总线。数据输入数据总线。数据输入/输出输出VDD/VSS电源地电源地内部电路及输入缓冲器电源地内部电路及输入缓冲器电源地VDDQ/VSSQ电源地电源地输出缓冲器电源地输出缓冲器电源地2022-1-1932S3C2410X与与HY57V561620的接口电路的接口电路两片HY57V561620并联构建32位的SDRAM存储器系统2022-1-1933内容提要内容提要存储器系统概述存储器

34、系统概述存储设备分类存储设备分类Flash接口电路接口电路SRAM接口电路接口电路CF&SD卡接口电路卡接口电路IDE接口电路接口电路2022-1-1934CF卡接口电路卡接口电路o PCMCIA接口规范接口规范n1990年9月，PCMCIA（Personal Computer Memory Card International Association，PC机内存卡国际联合会）推出了PCMCIA 1.0规范，该规范是针对各类存储卡或虚拟盘设计的，其目的是为了建立一个物理尺寸较小、低功耗的、灵活的存储卡标准，采用16位体系结构， JEIDA（Janpanese Electronics Indus

35、try Development Association）68引脚的接口。n1991年，PCMCIA推出了2.0规范，添加了对I/O设备的规范，以方便用户扩展I/O设备，但接口仍采用与1.0规范兼容的68引脚的接口；同时，PCMCIA对其驱动程序的架构也作了规范，以便于软件开发人员开发的驱动程序可以相互兼容。n随着多媒体和高速网络的发展，PCMCIA又开发了32位的CardBUS。2022-1-1935S3C2410A的的CF卡接口电路卡接口电路o CF卡接口采用50个引脚，II型卡并完全符合PCMCIA电气和机械接口规格（PCMCIA卡为68个引脚），同时支持3.3V和5V的电压。其中有16根

36、数据线、11根地址线、2根寄存器组选择信号线、数据的读写线、1根中断信号请求线和1根复位线CF卡可以工作在16位或者8位数据总线方式。若选择8位工作方式，CS1固定接于高电平，CS0低电平有效。INTRQ用于判断CF卡是否处于读写忙状态。2022-1-1936CF卡的读卡的读/写操作写操作oCF卡使用标准ATA命令实现存储块的读写操作。每个存储块包含512字节，在访问CF卡之前，必须进行初始化操作。初始化过程包括GPIO配置、卡检测和复位。o（1）存储模式访问n读取卡信息结构。卡信息结构包含CF卡的相关信息。n写存储块。CF卡存储器一般采用Nand Flash，需要使用ATA命令来完成读写操作

37、。CF卡采用块方式进行读写操作，每块的大小为512字节，写数据的操作步骤如下：o（a）写块数到扇区计数器寄存器；o（b）写LBA地址；o（c）发送0 x30命令来启动传输。n读存储块。与写存储块大致相同，只是命令不一样，下面是一个典型的操作序列：o（a）写块数到扇区计数器寄存器；o（b）写LBA地址；o（c）发送0 x20命令来启动传输。2022-1-1937CF卡的读卡的读/写操作写操作o （2）I/O模式访问n配置为I/O模式。n写存储块。I/O模式下写存储块与存储模式类似，惟一的区别就是需要使用正确的地址空间，步骤如下：o （a）写块数到扇区计数器寄存器；o （b）然后写LBA地址；o

38、（c）发送0 x30命令来启动传输。n读存储块。I/O模式下读存储块步骤如下：o （a）写块数到扇区计数器寄存器；o （b）然后写LBA地址；o （c）发送0 x20命令来启动传输。 2022-1-1938SD卡接口电路卡接口电路o SD存储卡兼容MMC卡接口规范，采用9芯的接口（CLK为时钟线，CMD为命令响应线，DAT0DAT3为双向数据传输线，VDD、Vss1和Vss2为电源和地），最大的工作频率是25MHz，标准SD的外形尺寸是24mm32mm2.1mm。2022-1-1939SD卡接口电路卡接口电路o SD卡系统支持卡系统支持SD和和SPI方式两种通信协议。方式两种通信协议。SD卡在

39、结构卡在结构上使用一主多从星型拓扑结构，拓扑图如下上使用一主多从星型拓扑结构，拓扑图如下2022-1-1940S3C2410A的的SD卡接口电路卡接口电路S3C2410A内部集成了SD模块，SD卡接口电路如下2022-1-1941内容提要内容提要存储器系统概述存储器系统概述存储设备分类存储设备分类Flash接口电路接口电路SRAM接口电路接口电路CF&SD卡接口电路卡接口电路IDE接口电路接口电路2022-1-1942S3C2410A 的的IDE接口电路接口电路o IDE采用采用40线扁平电线扁平电缆连接，在缆连接，在IDE的接的接口中，除了对口中，除了对AT总线总线上的信号作必要的控上的信号

40、作必要的控制之外，基本上是原制之外，基本上是原封不动地送往硬盘驱封不动地送往硬盘驱动器。动器。2022-1-1943IDE硬盘读硬盘读/写操作写操作o IDE接口是一种任务寄存器结构的接口，所有输入输出操接口是一种任务寄存器结构的接口，所有输入输出操作均是通过对相应寄存器的读写完成。作均是通过对相应寄存器的读写完成。IDE硬盘驱动器中的寄存器及地址分配硬盘驱动器中的寄存器及地址分配2022-1-1944IDE硬盘读硬盘读/写操作写操作状态寄存器状态寄存器在向硬盘驱动器发出命令前，必须先检测硬盘驱动器是否忙碌（D7=1）。如果在规定时间内硬盘驱动器一直忙碌，则置超时错；否则表示硬盘驱动器空闲，可

41、接收命令。2022-1-1945CPU对硬盘写数据操作对硬盘写数据操作o 首先要把必要的参数写入对应的地址寄存器，等待DRDY有效；o 然后将操作码写入命令寄存器，同时驱动器设置状态寄存器的DRQ位，表示准备好接收数据，CPU通过数据寄存器将数据写入扇区缓冲区。o 当扇区缓冲区填满后，驱动器清除 DRQ位，并置位BSY，驱动器将扇区缓冲区中数据写入磁盘。o 写盘结束，清除BSY位，发中断请求信号DNTRQ。o CPU接收到中断信号后，读驱动器状态寄存器，同时将中断信号INTRQ撤除。2022-1-1946CPU对硬盘读数据操作对硬盘读数据操作o 如果CPU要对硬盘进行读数据操作，首先把参数写入

42、地址寄存器和特性寄存器（如果需要）。o 然后把命令码写入命令寄存器，命令开始执行。这时驱动器置状态寄存器中的BSY为1，同时将硬盘上指定扇区内的数据送入扇区缓冲区。o 当扇区缓冲区准备好数据后，置位DRQ，清BSY，发中断请求信号INTRQ。o CPU检测到中断后，读取状态寄存器，测试ERR位，若等于1，则转入出错处理；否则DRQ位为1，CPU从扇区缓冲区读取数据。o 数据读完后，驱动器复位DRQ位，驱动器重新设置BSY位。2022-1-1947编程操作过程编程操作过程o （1）硬盘的初始化n通过向RESET引脚发送一个低跳变来实现，可以按照如下代码来完成：2022-1-1948编程操作过程编

43、程操作过程o （2）读扇区操作n硬盘扇区读操作有以下几个步骤： 主机设置扇区读操作的一些参数，如扇区数、扇区号、磁道号、柱面号及驱动器号。主机发送读请求命令。 判断硬盘数据就绪：硬盘在收到命令后开始准备数据，并将BUSY置位，就绪后将清除BUSY位，并且将DRQ置位。主机读取数据。读下一个扇区。2022-1-1949编程操作过程编程操作过程o （3）写扇区操作n硬盘扇区写操作有以下几个步骤：主机设置扇区读操作的一些参数，如扇区数、扇区号、磁道号、柱面号及驱动器号。主机发送写请求命令。检查硬盘就绪：硬盘在收到命令且就绪后将DRQ置位。主机写一个扇区的数据到硬盘缓冲区。硬盘在收到一个扇区的数据后，

44、清除BUSY位，并且将DRQ置位从而将数据从缓冲区写到磁盘上。一个扇区写完毕后，若还有数据需要传送，硬盘会将DRQ重新置位，主机重复第4步操作，直到结束。2022-1-1950编程操作过程编程操作过程o （4）格式化扇区操作n格式化扇区操作主要有以下步骤：主机设置扇区读操作的一些参数，如扇区数、扇区号、磁道号、柱面号及驱动器号。主机发送格式化请求命令。检查硬盘就绪：硬盘在收到命令且就绪后，将DRQ置位。主机写一个扇区的数据到硬盘缓冲区。硬盘在收到一个扇区的数据后，清除BUSY位，并且将DRQ置位从而将数据从缓冲区写到磁盘上。一个扇区写完毕后，若还有扇区需要格式化，硬盘会将DRQ重新置位，主机重复第4步操作，直到结束。2022-1-1951谢谢 谢！谢！