CF卡在DM642基便攜式數字視頻系統中的應用

0 引言

　　目前，數字視頻系統在日常工作和生活中己得到廣泛應用，如監控系統、視頻電話、數字電視等，而隨著技術的進步和工作生活對視頻圖像質量的要求越來越高，處理的數據量也越來越大，這就提出了兩個新的問題：一方面要求硬件的處理能力要更快，如監控系統和視頻電話系統都要求具備實時性；另一方面要求數據的存儲介質容量更大而且方便攜帶。為了實現DSP(DigitalSignal Processing)系統的獨立運行，需要有大容量的存儲介質用于保存視頻數據。本文中使用TI公司的高端多媒體處理芯片DM642作為圖像處理芯片，其強大的計算能力、豐富的外圍接口和完全可編程性，可以方便地用來開發各種圖像系統。而CF卡的使用則可以彌補板載的Flash容量通常太小，SDRAM掉電后數據會丟失的缺陷。同時CF卡采用的插針式連接方式，具有相對較高的抗震性和穩定性，能夠較好地滿足便攜式設備的要求。在視頻編解碼方面采用TI公司提供的MPEG一2算法，可以基本滿足壓縮效率和質量的要求。

1 CF卡的簡介

　　CF卡的全稱為Compact F1ash。它最先是由Sandisk公司在1994年推出的，現在已經成為一種行業標準，其內部示意圖如圖1所示。CF卡由兩個基本部分組成：控制芯片和閃存模塊。控制芯片用來實現與主機的連接及控制數據在閃存模塊中的傳輸，而閃存模塊用于存儲信息。CF卡兼容3．3V和5V的工作電壓，并支持多種接口訪問模式。目前CF的容量可高達100GB，主流容量已達到4GB，價格也已經降到幾十元左右，性價比很高。

2 DM642與CF卡的接口設計

2．1 硬件接口設計

　　CF卡支持三種基本的工作模式：PC Card Memory模式、PC Card I／0模式以及True IDE模式，不同的模式對應的管腳功能略有不同。在本文的設計中使用的是PCCard Memory模式，在插入CF卡之前，保證CF卡的插槽／REG管腳為高電平，即可讓CF卡自動進入PC Card Memory模式。DSPs是通過外部存儲器接口EMIF(External MemoryInterface)來訪問片外存儲器的。DM642的EMIF有CEO、CEl、CE2、CE3四個空間，各具有256MB的尋址空間。本文所述的系統設計中將CE2空間配置為CF卡的地址空間供CF卡使用，根據Memory模式的要求，CE2空間被配置為8位異步接口，此外還專門配備了一片CPLD來對CF卡進行讀寫控制，硬件連接如圖2所示。

　　引腳連接說明如下：／REG信號用于選擇訪問普通寄存器還是屬性寄存器，他和地址線A[3：0]一起完成對讀寫寄存器的選取。／CDl和／CD2用于檢測插槽上是否有CF卡，當CF卡插入插槽后，這些管腳會被拉低。／CEl和／CE2則用來選擇CF卡的數據傳輸寬度，本文中設計為8位寬度。為了節約IO口的資源，／CDl、／CD2、／CEl、／CE2和I／REG均連接到配置的通用IO(GPIO)口上。

　　TEAl3控制REG，TEAl2控制CF卡的CEl，TEAl 1控制CF卡的CE2，DSP_CE2是CE2空間的使能信號，ARE和IAWE是異步接口的讀寫信號，均為低電平有效，他們通過與DSP_CE2邏輯取“或”后連接到CF卡的／0E和／WE，這樣在／CE2使能后就可以相應地控制CF卡的讀寫操作。

　　CF卡具有16位的數據總線，但是可以根據主控制器的數據寬度靈活配置成8位或16位，本系統中將DM642的低16位數據總線D[15：0]與CF卡的數據總線D[15：0]相連。CF卡的11位地址總線取低四位A[3：0]連接到DM642的TEA[6：3]，CF卡的TEA[9：4]接地，TEAl0連接到DM642的TEA7，CSEL接地，IOWR、IORD上拉至VCC，其他未說明使用的引腳均為接地操作。

2．2 CF卡的軟件接口

　　CF卡的讀寫是以扇區(sector)為基本單位的，每扇區為512字節，每次讀寫一個或多個連續扇區。本文中CF卡被配置為PC Card Memory模式，該模式下的寄存器地址映射如表1所示。

　　寄存器0用于讀寫數據，寄存器1在讀操作時是錯誤寄存器，存放錯誤信息，寫的時候是特征寄存器。寄存器2用于存放讀寫扇區的數目。寄存器3~6用于存放讀寫扇區的地址。CF卡的扇區尋址有兩種方式：物理尋址方式(Cylinder／Head／Sector，CHS)和邏輯尋址方式(Logical Block Addressing，LBA)。CHS是扇區對應的具體的柱面、磁頭和扇區的地址，LBA的地址則在邏輯上是連續的，兩種尋址方式的轉換關系為：LBA地址=(柱面號×磁頭數+磁頭號)×扇區數+扇區號一1。本文選擇LBA的線性尋址方式。

　　寄存器7在讀和寫時具有不同的意義。讀操作時是狀態寄存器，存放CF卡的狀態信息，寫的時候是命令寄存器，用于設置命令，完成相應的操作。

　　CF卡讀寫程序之前要初始化DSP和CF卡，初始化GPIO，將DM642的CE2空間設置為8位異步接口，將／REG配置為高電平，同時設置CF卡為8位數據接口。

　　在讀寫扇區時，首先要設置好起始扇區的LBA地址和要讀寫的扇區數目，然后再設置命令寄存器，讀取數據設置為20H，寫入數據設置為30H，寫完后讀取狀態寄存器，只有當狀態寄存器為“58H”時才能開始讀寫操作，否則繼續查詢狀態。由于數據接口為8位，這樣對一個扇區就需要讀或寫512次數據寄存器即可。之后還要讀取狀態寄存器看是否為“50H”，判斷CF卡的操作是否完成，若完成，則退出本次操作，否則繼續查詢直至完成。

　　CF卡寫一個扇區函數部分源碼如下：

讀寫多個扇區的方法與此類似，設置好扇區的數目和相應的讀寫命令即可，一般說來直接設置循環讀寫比調用子程序的運行效率要高，因為它只需要讀寫一次扇區的起始地址即可。

2．3 CF卡的內存空間管理

　　本系統中CF卡上存儲的是mpeg2格式的視頻數據，雖然視頻的長度不確定，但是扇區地址用LBA尋址的話都是4字節。在本設計中CF卡的存儲空間可如下進行分配：第一個扇區存放視頻的索引信息；從第二個扇區開始存放圖像數據。

　　其中第一個扇區512個字節存放的數據格式如下：

　　total section為存放的總視頻數據的個數，初始為0；current section則為當前要進行操作的視頻的編號，初始為1；addressl為第一段視頻的起始地址，初始值為0x00000002，而address2為第二段視頻數據的起始地址，初始值為0，其后的數據在初始化時均設為O。

　　在每次系統啟動時都需要首先讀取第一個扇區的信息，讀取的信息放在一個寬度為4字節的數組infolba里，則每段要讀寫的視頻地址計算方式如下：currentaddress=infolba[current section]，相應地在完成讀寫操作后要重寫第一扇區，對索引信息進行更新，具體為total section、current section和下一段視頻數據存放的地址。

　　從實用角度講第一扇區可以存放約125段視頻的首地址，可基本滿足使用的要求。根據設計addressl的值恒為Ox00000002，而total section和Icurrent section又有特定的大小關系，那么Infolba的前三個數據可作為校驗標志用于檢測當前的CF卡空間分配是否符合要求，若不符合要求就按照初始值進行初始化。一般情況下current section=totalsection+1， 當current section小于或等于total sectiOn的時候，若進行寫扇區的操作，則infolba[current section]以后的數據信息都會被覆蓋或丟失索引信息，這樣可以確保CF卡內存空間的重復使用。在本系統中通過外部硬件控制電路輸入控制信號，可以方便地實現錄像、播放、快進、快退、暫停等功能，很明顯可以通過快進、快退改變current section的值來對CF卡上的視頻數據進行播放或者是覆蓋操作。

3 結束語

　　本文給出了CF卡和DM642的軟、硬件接口，通過CCS2．2平臺和RF5框架整合了軟件工程，成功地將CF卡應用到基于DM642的便攜式數字視頻系統中。將程序燒寫到板載flash后，可以實現上電自啟動。通過多次試驗和對程序的優化，系統運行良好，這說明本方案成功地解決了便攜式設備要求的實時性、大容量和穩定性，具有廣闊的應用前景。