CF卡在手機測試系統(tǒng)中的應用

關鍵詞：閃存 CF卡 手機測試系統(tǒng)

引言

目前，手機作為日常生活中一種重要的通信工具，越來越受到人們的關注。它的最大特性就是方便易攜帶。那么，如何保證手機在不同地理位置的條件下仍然具有優(yōu)質的網絡服務，進而保證其通話質量，成為移動通信部門的一種研究課題。為此，需要一種設備能夠測試出手機處于不同地理位置，不同時間的各種網絡參數來加以分析，即“便攜式手機測試記錄儀”。它能夠將手機的各種網絡數據從手機串口傳送到存儲設備；存儲設備將數據存儲下來，達到一定數目，再通過串行上載到PC機；在PC機上利用分析軟件來進行數據分析，從而達到測試的目的。在此測試過程中，由于系統(tǒng)要求處理大量的數據，一般的存儲器如EEPROM等很難達到要求，同時，系統(tǒng)要求數據在舊電時不丟失，即要求數據存儲的非易失性，因此不能使用易失性的存儲器如SRAM、SDRAM等。為此，在系統(tǒng)中采用了一種新型存儲裝置，即CF卡（Compact Flash Card）。

1 CF卡簡介

Flash存儲器是近年來發(fā)展迅速的一種存儲器，屬于非揮發(fā)性內存（Non-Volatile,即斷電數據也能保存）。它具有EEPROM電擦除的特點，還具有低功耗、密度高、體積小、可靠性高、可擦除、可重寫、可重復編程等優(yōu)點。單片機的Flash Memory芯片容量有限，同時接口邏輯比較特殊，在大數據量場合使用會使得控制邏輯較為繁瑣。集成了多片Flash存儲器和外部接口、控制機構和協(xié)議的CF卡，可以提供相當可觀的存儲容量和標準的電氣接口協(xié)議，可以滿足本系統(tǒng)對于數據處理的要求。其內部結構如圖1所示。

CF卡的在很小的體積內集成了控制裝置、Flash Memory陣列和讀寫緩沖區(qū)。實際上，控制裝置起到了種協(xié)議轉換的作用，將對Flash Memory的讀寫轉化成對ATA協(xié)議控制器的訪問。CF卡對于緩沖區(qū)的設計使用了一種比緩沖結構，使得外部設備和CF卡通信的同時，CF卡的片內MCU可以對Flash Memory陣列進行讀寫。這種設計可以增加CF卡數據讀寫的可靠性，同時提高數據通訊的速率。在實際系統(tǒng)中，CF卡選用了SST公司的SST48CF096，容量達到了96MB，封裝為252的雙列插座，其工作電壓為+5V/+3.3V，傳輸速率最大可達20MB/s，低功耗30mA/50mA(3.3V/5V)。其典型 應用電路如圖2所示。

CF卡的主要功能引腳為數據線D0～D15，地址線A0～A9，片選及數據選擇CS1、CS0，讀寫控制端ATA SEL、WE，寄存器選擇REG，卡讀寫忙判斷INTRQ、RESET等。數據線D0～D15用于數據的讀寫。CF可以工作于16位數據總線方式也可以工作于8位總線方式。讀寫速度上的要求不是很嚴格的情況下，為了方便和8位MCU的接口，一般選擇為8位數據總線工作方式。若選擇8位工作方式，CS1應接固定高電平，CS0低電平有效。CF卡在Memory工作方式下，僅地址線A0～A3起作用，用于選擇讀寫端口，其余地址線可以接固定電平。REG用于選擇是對CF卡進行命令、狀態(tài)讀寫還是讀寫CF卡的屬性寄存器。REG=1時讀寫命令。在Memory方式下，對CF的控制和數據讀寫均是通過對這幾個端口的讀寫來實現的。INIRQ用于判斷CF卡是否處于讀寫忙狀態(tài)。出于嚴謹性可以在對CF卡進行讀寫之前利用此引腳判斷CF卡是否空閑。在數據讀寫量較小的情況下，使用一定的延時即可。

圖2中96MB的CF卡工作于Memory方式，8位數據總線，接口的主控MCU的89C52。單片機按標準的P2、P0口復用方式與CF卡接口。CS0～CS1、REG分別接單片機的P2.6、P2.5、P2.7，端口選擇A3～A0接收經373鎖存的低4位地址，CF卡的讀寫引腳分別與單片機的讀寫信號相接。若把閑置地址引腳接固定電平，則系統(tǒng)分配給CF卡的端口地址為[B000]～[B007]。INTRQ（即BSY/RDY）腳接到單片機的P1.7。

2 系統(tǒng)方案

2.1 硬件實現

系統(tǒng)采用模塊化設計，由電源控制單元（PU）、單片機控制單元、地址鎖存單元、數據緩沖單元以及存儲單元（CF卡）構成，如圖3所示。測試過程中，首先由單片機發(fā)送相關命令參數給手機，手機接收到命令后，經由串口輸出網絡數據。單片機將收到的數據通過緩沖器再送至CF卡。數據采集完畢后，將CF卡中的數據上傳至PC機，利用上位機分析軟件來進行網絡分析。在實際系統(tǒng)中，MCU選用的是AT89C52、由于單片機的P0口和P2口采用了引腳復用，所以需要一片地址鎖存，地址鎖存器選用的是74HC373、CF卡的一次讀寫操作必須是512字節(jié)，而89C52只有256字節(jié)的內部RAM，需要在外部擴展一片緩沖器，緩沖器選用的是6116、由于系統(tǒng)是由手機電池統(tǒng)一供電，手機電池輸出電壓為+3.6V，而上述芯片的正常工作電壓為+5V，因此，需要升壓芯片作為電源模塊，選用的是MAX756。

2.2 軟件實現

2.2.1 CF卡的讀寫操作

CF卡采取的是類似硬盤的分塊存儲方式，分為柱面Cylinder、頭Head和扇區(qū)Sector管理。對96MB的CF卡而言，共有733個柱面，每個柱面8個頭，每個頭32個扇區(qū)，每個扇區(qū)512字節(jié)（8位）。CF卡的讀寫是以一個扇區(qū)為基本單位的，在讀寫一個扇區(qū)之前先送出當前需要讀寫的柱面、頭和扇區(qū)，然后發(fā)送讀寫命令，一個扇區(qū)的512字節(jié)需要一次性連續(xù)寫入或者讀出。下面給出對CF卡進行讀和寫C51程序段：

#define DataPort XBYTE[0xB800]

#define Feature XBYTE[0xB801]

#define SecCount XBYTE[0xB802]

#define SecNo XBYTE[0xB803]

#define CylLow XBYTE[0xB804]

#define CylHigh XBYTE[0xB805]

#define CardHead XBYTE[0xB806]

#define Command XBYTE[0xB807] //定義CF卡端口

void NextSector(){ //讀寫下一個扇區(qū)

sector++;

if(sector= =32){//一個頭的扇區(qū)是否全部讀寫完畢

sector=0；

head++;

if(head= =16){//一個柱面的所有頭是否全部讀寫完畢

head=0;

cylinder++;

if(cylinder= =733){//所有柱面是否全部讀寫完畢

cylinder--;

DiskFull=1;{//標志位置1，表示CF卡容易已滿讀寫過程結束

}

}

}

}

CardHead=0xA0+head; //置當前頭

SecCount=0x01; /*一次讀寫一個扇區(qū)

SecNo=sector; //置當前扇區(qū)

CylLow=cylinder%255; //置柱面高位

CylHigh=cylinder/255; //置柱面低位

Command=????; //讀/寫扇區(qū)命令，讀為0X20，寫為0x30

Delay(1); //延時1ms

//寫操作為：

for(i=1;i=512;i++){

DataPort=mem[0xE800+i]; //寫512字節(jié)

}

NextSector(); //為寫下一個扇區(qū)作準備讀操作為：

for(i=1;i=512;i++){

mem[0xE800+i]=DataPort; //讀512字節(jié)

}

NextSector(); //為讀下一個扇區(qū)作準備

2.2.2 緩沖區(qū)的操作

由于CF卡必須以扇區(qū)（512字節(jié)）為基本單位來進行讀寫操作，因此，系統(tǒng)需要擴展一片6116作為寫緩沖區(qū)（地址口為0xE800開始）。系統(tǒng)在平時將收到的測試數據暫存于寫緩沖區(qū)中。當接收到的數據累計超過一個扇區(qū)之后，再傳送至CE卡。在實際系統(tǒng)中，開辟了1K的緩沖區(qū)，通過一個標志位low和緩沖區(qū)指針count來聯合確定傳送數據的范圍。

①low=0,count=0。

②low=0,count=512、開始寫緩沖區(qū)的有512字節(jié)，每寫入一個字節(jié)，緩沖區(qū)指針自動加1。

③low=1，count>=512、當緩沖區(qū)指針大于512,表示前512字節(jié)已被填滿，此時將low置為1，開將緩沖區(qū)前512個字節(jié)的內容送入CF卡，標志位由0變?yōu)?。

④low=1，count=512。當緩沖區(qū)指針指到1024時，緩沖區(qū)指針清0，重新開始計數。此時將后512字節(jié)的內容送入CF卡，標志位由1變?yōu)?。

⑤low=0，count=512。下一次循環(huán)過程開始。

由于向CF卡寫入數據的同時，手機端仍然有數據輸出。為了防止在寫CF卡的過程中出現數據丟失現象，單片機手同端的通信采用串行口中斷方式。程序如下：

void single() interrupt 4 using 2//串行口中斷服務子程序，中斷號為4

{

if(RI= =1){ //判斷是否為單行口輸入引起的中斷

mem[0xe800+count]=SBUF; //將串行數據緩沖器中的數據送至數據緩沖區(qū)

count++; //緩沖區(qū)指針自動加1

if(count= =1024){ //如果緩沖區(qū)指針指向1024，則清0，重新計數

count=0；

}

RI=0； //串行口接收中斷請求標志位清0

}

else if(TI= =1){ //判斷是否為串行口輸出引起中斷

TI=0； //串行口發(fā)送中斷請求標志位清0

}

}

本文以移動通信的手機測試系統(tǒng)的背景，介紹了CF卡在手機測試系統(tǒng)中的具體應用，包括其硬件開發(fā)和軟件實現。由于CF卡具高傳輸速率，大容量非易失性固態(tài)盤，掉電數據不丟失，良好的震性能，寬溫工作范圍與所有數碼相機、便攜式PC、數字式音頻播放器及其它具有Compact Flash插槽的設備兼容等特點，它的應用范圍也將越來越廣泛。