資料介紹
引 言
目前,對圖像處理系統的速度和精度要求越來越高,采樣的數據量也越來越大。而嵌入式系統中的硬件資源環境一般比較苛刻,嵌入式微處理器和微控制器的內存一般都不大。為了能夠實現DSP(Digital Signal Processing)系統的獨立運行,需要大容量的存儲介質用于保存采樣結果。但是板載的Flash等容量通常不大,SDRAM掉電后數據會丟失,并且它們無法方便地把數據轉移到計算機主機上。閃存技術的不斷發展,使得閃存卡(如CF卡、SD卡等)因其體積小、容量大、可靠性高等優點而在嵌入式存儲領域得到越來越廣泛的應用。因此,本文介紹一種使用CF卡作為數據存儲介質存儲大量數據的方法。FAT16文件系統具有出色的文件管理性能,能被大多數操作系統識別,因此將CF卡與FAT16文件系統相結合是嵌入式存儲、記錄系統的一個理想方案。
1 System ACE原理
1.1 System ACE簡介
System ACE(System Advanced Configuration Environment)是Xilinx公司開發的系統高級配置系列,用以滿足面向多個FPGA的系統對高效空間、預置、高密度配置需求的解決方案。System ACE技術是一種突破性的系統內可配置的解決方案,大幅節省了開發工作;與傳統的PROM相比,每比特成本也大大降低。System ACE技術是高容量FPGA系統的嵌入式解決方案。
System ACE系列把xilinx配置控制的專業技術和專注于存儲的產業結合在一起,它的第1個成員是SystemACE CF(CompactFlash)。
System ACE CF是1個芯片集,由2部分組成:一個是ACE控制器,另一個就是用于存儲的CF卡。
1.2 ACE控制器
如圖1所示,ACE控制器有4個接口,分別用來連接CF(CompactFlash)、MPU(Microprocessor)、用于連接FPGA的CFGJTAG(Configration JTAG)、允許高度靈活配置的TSTJTAG(Test JTAG)。下面著重介紹CF卡接口和MPU接口。
1.3 CF卡接口
CF卡接口可以連接的CF卡類型有Xilinx ACEFlash卡、任意標準的CF卡、高達8 Gb的IBM微型硬盤,以及所有有相同外形和電路板空間需求的存儲卡。
CF卡接口由2部分組成:一是CF卡控制器,二是CF卡仲裁器。CF卡控制器不僅用來檢測和維護CF卡設備的狀態,而且還處理所有的CF設備的訪問總線周期及提煉和執行CF命令(如軟復位、讀/寫段)等。CF卡仲裁器決定微處理器和配置JTAG控制器哪一個來訪問CF卡的數據緩沖。
1.4 MPU接口
MPU接口功能:
◆MPU接口提供了監控System ACE控制器和ACE Flash讀寫數據的功能。
◆MPU接口能夠識別CF卡并對CF卡進行讀寫。
◆MPU接口能夠控制配置流,包括監控ACE控制器的配置狀態和錯誤狀態,還能延時配置、開始配置、決定CF卡或MPU的配置源,控制比特流版本以及復位設備等。
本文就是利用ACE控制器的MPU接口,在該接口處連接DSP芯片,并通過CF卡為DSP加載文件系統。
1.5 System ACE的文件和目錄
.ACE是在目錄結構的最底層。Xilinx的SystemACE軟件能夠將比特流轉換為.ACE文件。1個.ACE文件代表特定設備鏈的比特流。
.collection是目錄結構中緊挨著.ACE的上一層,由8個.ACE組成。在System ACE環境下,同一.collection下的所有.ACE文件都可以處理。
在1個CF卡設備中有多個collection,但在任意一時問只能有1個被激活,至于哪一個被操作是通過xilinx.sys文件來決定的。xilinx.sys文件在ACE Flash設備的根目錄下。ACE控制器能夠解析xilinx.sys文件。若根目錄下面沒有xilinx.sys文件,則必須有1個.ACE文件來充當此角色。
System ACE目錄結構的分層設計使得它能夠維護多個版本或者是不同設計的collection。每一個collection目錄可以有1個或者多個不同的子目錄。每一個子目錄只能包含1個.ACE文件。
Sysrem ACE目錄結構的規則如下:
◆Sysrem ACE配置文件必須放在CF卡設備的第1分區。
◆Sysrem ACE分區必須被格式化為FAT12或者FAT16格式。
◆xilinx.sys必須在根目錄下。當xilinx.sys不存在時,根目錄下必須有1個.ACE來充當此角色。
2 CF卡原理
CF(Compact Flash)卡是以閃存為存儲,具有容量大(512 MB)、功耗低和可靠性高等優點,得到廣泛的應用。CF卡讀寫的最小單位為1個扇區(512字節),讀寫操作是通過卡內緩沖區進行的,不支持直接讀寫存儲區域。
CF卡可以工作在3種模式:PC Card Memory(Memory模式),PC Card I/O(I/O模式)和True IDE模式。PCCARD模式與PCMCIA標準兼容。TRUE IDE模式與ATA/ATAPI-4標準兼容。當上電時,如果OE接地,則進入True IDE模式,在此模式下只可以存取任務寄存器。另外2種模式需要通過設備結構寄存器來選擇。
CF卡的操作方式與硬盤的操作方式相似。CF卡讀寫必須以扇區為單位,每個扇區為512字節,每次可以讀寫1個扇區或連續多個扇區。扇區的尋址方式有2種:邏輯尋址(LBA)和物理尋址(CHS),它們之間的關系為:
LBA=(柱面號×磁頭數+磁頭號)×扇區數+扇區數-1
尋址方式采用LBA(Logic Block Address),該方式將全部扇區映射至1塊連續的地址空間中,這樣可以大大簡化編程的工作,同時避免了柱面、磁頭和扇區之間的換算,使尋址更方便。對CF卡的配置及各種操作,如讀寫、刪除、格式化等,都通過寫特殊功能寄存器完成。
目前,對圖像處理系統的速度和精度要求越來越高,采樣的數據量也越來越大。而嵌入式系統中的硬件資源環境一般比較苛刻,嵌入式微處理器和微控制器的內存一般都不大。為了能夠實現DSP(Digital Signal Processing)系統的獨立運行,需要大容量的存儲介質用于保存采樣結果。但是板載的Flash等容量通常不大,SDRAM掉電后數據會丟失,并且它們無法方便地把數據轉移到計算機主機上。閃存技術的不斷發展,使得閃存卡(如CF卡、SD卡等)因其體積小、容量大、可靠性高等優點而在嵌入式存儲領域得到越來越廣泛的應用。因此,本文介紹一種使用CF卡作為數據存儲介質存儲大量數據的方法。FAT16文件系統具有出色的文件管理性能,能被大多數操作系統識別,因此將CF卡與FAT16文件系統相結合是嵌入式存儲、記錄系統的一個理想方案。
1 System ACE原理
1.1 System ACE簡介
System ACE(System Advanced Configuration Environment)是Xilinx公司開發的系統高級配置系列,用以滿足面向多個FPGA的系統對高效空間、預置、高密度配置需求的解決方案。System ACE技術是一種突破性的系統內可配置的解決方案,大幅節省了開發工作;與傳統的PROM相比,每比特成本也大大降低。System ACE技術是高容量FPGA系統的嵌入式解決方案。
System ACE系列把xilinx配置控制的專業技術和專注于存儲的產業結合在一起,它的第1個成員是SystemACE CF(CompactFlash)。
System ACE CF是1個芯片集,由2部分組成:一個是ACE控制器,另一個就是用于存儲的CF卡。
1.2 ACE控制器
如圖1所示,ACE控制器有4個接口,分別用來連接CF(CompactFlash)、MPU(Microprocessor)、用于連接FPGA的CFGJTAG(Configration JTAG)、允許高度靈活配置的TSTJTAG(Test JTAG)。下面著重介紹CF卡接口和MPU接口。
1.3 CF卡接口
CF卡接口可以連接的CF卡類型有Xilinx ACEFlash卡、任意標準的CF卡、高達8 Gb的IBM微型硬盤,以及所有有相同外形和電路板空間需求的存儲卡。
CF卡接口由2部分組成:一是CF卡控制器,二是CF卡仲裁器。CF卡控制器不僅用來檢測和維護CF卡設備的狀態,而且還處理所有的CF設備的訪問總線周期及提煉和執行CF命令(如軟復位、讀/寫段)等。CF卡仲裁器決定微處理器和配置JTAG控制器哪一個來訪問CF卡的數據緩沖。
1.4 MPU接口
MPU接口功能:
◆MPU接口提供了監控System ACE控制器和ACE Flash讀寫數據的功能。
◆MPU接口能夠識別CF卡并對CF卡進行讀寫。
◆MPU接口能夠控制配置流,包括監控ACE控制器的配置狀態和錯誤狀態,還能延時配置、開始配置、決定CF卡或MPU的配置源,控制比特流版本以及復位設備等。
本文就是利用ACE控制器的MPU接口,在該接口處連接DSP芯片,并通過CF卡為DSP加載文件系統。
1.5 System ACE的文件和目錄
.ACE是在目錄結構的最底層。Xilinx的SystemACE軟件能夠將比特流轉換為.ACE文件。1個.ACE文件代表特定設備鏈的比特流。
.collection是目錄結構中緊挨著.ACE的上一層,由8個.ACE組成。在System ACE環境下,同一.collection下的所有.ACE文件都可以處理。
在1個CF卡設備中有多個collection,但在任意一時問只能有1個被激活,至于哪一個被操作是通過xilinx.sys文件來決定的。xilinx.sys文件在ACE Flash設備的根目錄下。ACE控制器能夠解析xilinx.sys文件。若根目錄下面沒有xilinx.sys文件,則必須有1個.ACE文件來充當此角色。
System ACE目錄結構的分層設計使得它能夠維護多個版本或者是不同設計的collection。每一個collection目錄可以有1個或者多個不同的子目錄。每一個子目錄只能包含1個.ACE文件。
Sysrem ACE目錄結構的規則如下:
◆Sysrem ACE配置文件必須放在CF卡設備的第1分區。
◆Sysrem ACE分區必須被格式化為FAT12或者FAT16格式。
◆xilinx.sys必須在根目錄下。當xilinx.sys不存在時,根目錄下必須有1個.ACE來充當此角色。
2 CF卡原理
CF(Compact Flash)卡是以閃存為存儲,具有容量大(512 MB)、功耗低和可靠性高等優點,得到廣泛的應用。CF卡讀寫的最小單位為1個扇區(512字節),讀寫操作是通過卡內緩沖區進行的,不支持直接讀寫存儲區域。
CF卡可以工作在3種模式:PC Card Memory(Memory模式),PC Card I/O(I/O模式)和True IDE模式。PCCARD模式與PCMCIA標準兼容。TRUE IDE模式與ATA/ATAPI-4標準兼容。當上電時,如果OE接地,則進入True IDE模式,在此模式下只可以存取任務寄存器。另外2種模式需要通過設備結構寄存器來選擇。
CF卡的操作方式與硬盤的操作方式相似。CF卡讀寫必須以扇區為單位,每個扇區為512字節,每次可以讀寫1個扇區或連續多個扇區。扇區的尋址方式有2種:邏輯尋址(LBA)和物理尋址(CHS),它們之間的關系為:
LBA=(柱面號×磁頭數+磁頭號)×扇區數+扇區數-1
尋址方式采用LBA(Logic Block Address),該方式將全部扇區映射至1塊連續的地址空間中,這樣可以大大簡化編程的工作,同時避免了柱面、磁頭和扇區之間的換算,使尋址更方便。對CF卡的配置及各種操作,如讀寫、刪除、格式化等,都通過寫特殊功能寄存器完成。
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