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自动化与仪器仪表 基于单片机的CF卡复制系统 马渊，谢立，陈国斌，刘济林 (浙江大学信息与电子工程系，浙江杭州310027) 摘 要：介绍了CF卡的物理结构和工作原理，给出了CF卡之间复制的原理图和复制流程，并实 现了CF卡扇区之间的复制工作。 关键词：CF卡单片机扇区复制 随着闪存技术的不断发展，闪存卡(Flash Memory) 以它卓越的容量体积比、便携性和易操作性等优势，已 经取代软盘、光盘而成为移动存储领域中应用最为广泛 的存储设备。闪存卡是一种非挥发性存储介质，它具有 功耗低、密度高、体积小、掉电后数据不丢失、可擦除、 图1CF卡结构图 可靠性高、单位存储容量价格便宜等特点。另外，闪存卡 因为没有像硬盘一样的机械结构，显著降低了发生故障 实IDE模式和硬盘的驱动器完全匹配。 和被损坏的可能性，因此还经常被现在的一些室外工控 机用作主系统设备。闪存卡有很多种类型，主要有CF 卡、SD卡、MMC卡、记忆棒、SM卡、XD卡等，其中，CF 过柱面、磁头和扇区寻址的，最小的寻址单位是一个扇 卡应用最为常见[2-51。 区。在CHS寻址模式下，主机通过输入柱面、磁头和扇 由于CF卡的非机械结构及其体积小、稳定性高的 区号码寻址某一个扇区；而在LBA寻址方式下，CF卡按 特点，使它在具有一些特殊用途的工控机(如安装在户 照连续序列的逻辑扇区编号进行寻址，主机不必知道 外或者移动车上的工控机)中比普通硬盘具有更好的应 CF卡的物理几何结构，而且能访问的扇区从0柱面、0 用前景，以至于越来越多的工控机用CF卡代替硬盘装 磁头、1扇区开始，但无法访问系统的隐藏扇区[51。 载系统和存储数据。但当CF卡损坏后，重装系统比较麻 烦，而且有些系统驱动程序可能拿不到，所以设计一种 CF卡之间的复制系统，实现了两块相同的CF卡之间的三根地址线，用于寻址CF卡内部控制器中的寄存器空 备份，从而避免了重新安装系统和驱动程序，节约了用 户的时间。此外，现今的CF卡读卡器只能对Windows系 统文件进行复制操作，无法有效地复制操作系统和驱动 CF卡的字节操作还是字操作；一REG是寄存器选择信 文件。而这里设计的这套CF卡复制系统也可实现CF号，这个信号在内存周期中使用，用来区分是普通内存 卡之间的文件系统和数据的复制。 还是属性寄存器；一OE是读信号；一WE是写信号。 1 CF卡物理结构 单片机和内部闪存空间进行数据交换是通过CF卡 Flash技术的八个属性寄存器实现的。在PC卡A’rA存储模式下， CF卡的全称为“CompactFlash”卡。Compact Flash协会提出的一种与PC机A1’A接El标准CF卡属性寄存器组的具体功能和地址分配见表1[1,41。 是Compact 兼容的技术。CF卡采用间距50mil的50针脚双列封装， 其电气特性符合ATA规范【31。CF卡内部集成了单片机控命令，包括扇区、缓冲区的读写命令等。下面以读命令为 制器和闪存单元。控制器单元用于在外部主机与内部闪存 例说明CF卡工作过程及其信号时序。 单元之间进行数据交换和传递。内部闪存单元的数量可根 在CF卡上电初始化后，主机判断CF卡是否空闲， 据CF卡的容量大小进行相应地增减。目前CF卡最大存具体的就是查询CF卡状态寄存器的RDY位，如果为 储容量可达到2—3GB。CF卡的结构如图1所示。 0，表示CF卡空闲，可以准备接收命令。然后，主机向CF 2CF卡基本工作原理 卡填写地址寄存器块的信息，包括扇区数寄存器、扇区 I／O 号寄存器、柱面号寄存器(低和高字节)、磁头寄存器等， CF卡可以工作在三种模式下：(1)PC卡ATA