CF卡在DM642基便携式数字视频系统中的应用

0 引言
    目前，数字视频系统在日常工作和生活中己得到广泛应用，如监控系统、视频电话、数字电视等，而随着技术的进步和工作生活对视频图像质量的要求越来越高，处理的数据量也越来越大，这就提出了两个新的问题：一方面要求硬件的处理能力要更快，如监控系统和视频电话系统都要求具备实时性；另一方面要求数据的存储介质容量更大而且方便携带。为了实现DSP(DigitalSignal Processing)系统的独立运行，需要有大容量的存储介质用于保存视频数据。本文中使用TI公司的高端多媒体处理芯片DM642作为图像处理芯片，其强大的计算能力、丰富的外围接口和完全可编程性，可以方便地用来开发各种图像系统。而CF卡的使用则可以弥补板载的Flash容量通常太小，SDRAM掉电后数据会丢失的缺陷。同时CF卡采用的插针式连接方式，具有相对较高的抗震性和稳定性，能够较好地满足便携式设备的要求。在视频编解码方面采用TI公司提供的MPEG一2算法，可以基本满足压缩效率和质量的要求。

1 CF卡的简介
    CF卡的全称为Compact F1ash。它最先是由Sandisk公司在1994年推出的，现在已经成为一种行业标准，其内部示意图如图1所示。CF卡由两个基本部分组成：控制芯片和闪存模块。控制芯片用来实现与主机的连接及控制数据在闪存模块中的传输，而闪存模块用于存储信息。CF卡兼容3．3V和5V的工作电压，并支持多种接口访问模式。目前CF的容量可高达100GB，主流容量已达到4GB，价格也已经降到几十元左右，性价比很高。

2 DM642与CF卡的接口设计
2．1 硬件接口设计
    CF卡支持三种基本的工作模式：PC Card Memory模式、PC Card I／0模式以及True IDE模式，不同的模式对应的管脚功能略有不同。在本文的设计中使用的是PCCard Memory模式，在插入CF卡之前，保证CF卡的插槽／REG管脚为高电平，即可让CF卡自动进入PC Card Memory模式。DSPs是通过外部存储器接口EMIF(External MemoryInterface)来访问片外存储器的。DM642的EMIF有CEO、CEl、CE2、CE3四个空间，各具有256MB的寻址空间。本文所述的系统设计中将CE2空间配置为CF卡的地址空间供CF卡使用，根据Memory模式的要求，CE2空间被配置为8位异步接口，此外还专门配备了一片CPLD来对CF卡进行读写控制，硬件连接如图2所示。

    引脚连接说明如下：／REG信号用于选择访问普通寄存器还是属性寄存器，他和地址线A[3：0]一起完成对读写寄存器的选取。／CDl和／CD2用于检测插槽上是否有CF卡，当CF卡插入插槽后，这些管脚会被拉低。／CEl和／CE2则用来选择CF卡的数据传输宽度，本文中设计为8位宽度。为了节约IO口的资源，／CDl、／CD2、／CEl、／CE2和I／REG均连接到配置的通用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空间的使能信号，ARE和IAWE是异步接口的读写信号，均为低电平有效，他们通过与DSP_CE2逻辑取“或”后连接到CF卡的／0E和／WE，这样在／CE2使能后就可以相应地控制CF卡的读写操作。
    CF卡具有16位的数据总线，但是可以根据主控制器的数据宽度灵活配置成8位或16位，本系统中将DM642的低16位数据总线D[15：0]与CF卡的数据总线D[15：0]相连。CF卡的11位地址总线取低四位A[3：0]连接到DM642的TEA[6：3]，CF卡的TEA[9：4]接地，TEAl0连接到DM642的TEA7，CSEL接地，IOWR、IORD上拉至VCC，其他未说明使用的引脚均为接地操作。
2．2 CF卡的软件接口
    CF卡的读写是以扇区(sector)为基本单位的，每扇区为512字节，每次读写一个或多个连续扇区。本文中CF卡被配置为PC Card Memory模式，该模式下的寄存器地址映射如表1所示。

    寄存器0用于读写数据，寄存器1在读操作时是错误寄存器，存放错误信息，写的时候是特征寄存器。寄存器2用于存放读写扇区的数目。寄存器3~6用于存放读写扇区的地址。CF卡的扇区寻址有两种方式：物理寻址方式(Cylinder／Head／Sector，CHS)和逻辑寻址方式(Logical Block Addressing，LBA)。CHS是扇区对应的具体的柱面、磁头和扇区的地址，LBA的地址则在逻辑上是连续的，两种寻址方式的转换关系为：LBA地址=(柱面号×磁头数+磁头号)×扇区数+扇区号一1。本文选择LBA的线性寻址方式。
    寄存器7在读和写时具有不同的意义。读操作时是状态寄存器，存放CF卡的状态信息，写的时候是命令寄存器，用于设置命令，完成相应的操作。
    CF卡读写程序之前要初始化DSP和CF卡，初始化GPIO，将DM642的CE2空间设置为8位异步接口，将／REG配置为高电平，同时设置CF卡为8位数据接口。
    在读写扇区时，首先要设置好起始扇区的LBA地址和要读写的扇区数目，然后再设置命令寄存器，读取数据设置为20H，写入数据设置为30H，写完后读取状态寄存器，只有当状态寄存器为“58H”时才能开始读写操作，否则继续查询状态。由于数据接口为8位，这样对一个扇区就需要读或写512次数据寄存器即可。之后还要读取状态寄存器看是否为“50H”，判断CF卡的操作是否完成，若完成，则退出本次操作，否则继续查询直至完成。
    CF卡写一个扇区函数部分源码如下：

    读写多个扇区的方法与此类似，设置好扇区的数目和相应的读写命令即可，一般说来直接设置循环读写比调用子程序的运行效率要高，因为它只需要读写一次扇区的起始地址即可。
2．3 CF卡的内存空间管理
   本系统中CF卡上存储的是mpeg2格式的视频数据，虽然视频的长度不确定，但是扇区地址用LBA寻址的话都是4字节。在本设计中CF卡的存储空间可如下进行分配：第一个扇区存放视频的索引信息；从第二个扇区开始存放图像数据。
    其中第一个扇区512个字节存放的数据格式如下：

    total section为存放的总视频数据的个数，初始为0；current section则为当前要进行操作的视频的编号，初始为1；addressl为第一段视频的起始地址，初始值为0x00000002，而address2为第二段视频数据的起始地址，初始值为0，其后的数据在初始化时均设为O。
    在每次系统启动时都需要首先读取第一个扇区的信息，读取的信息放在一个宽度为4字节的数组infolba里，则每段要读写的视频地址计算方式如下：currentaddress=infolba[current section]，相应地在完成读写操作后要重写第一扇区，对索引信息进行更新，具体为total section、current section和下一段视频数据存放的地址。
    从实用角度讲第一扇区可以存放约125段视频的首地址，可基本满足使用的要求。根据设计addressl的值恒为Ox00000002，而total section和Icurrent section又有特定的大小关系，那么Infolba的前三个数据可作为校验标志用于检测当前的CF卡空间分配是否符合要求，若不符合要求就按照初始值进行初始化。一般情况下current section=totalsection+1， 当current section小于或等于total sectiOn的时候，若进行写扇区的操作，则infolba[current section]以后的数据信息都会被覆盖或丢失索引信息，这样可以确保CF卡内存空间的重复使用。在本系统中通过外部硬件控制电路输入控制信号，可以方便地实现录像、播放、快进、快退、暂停等功能，很明显可以通过快进、快退改变current section的值来对CF卡上的视频数据进行播放或者是覆盖操作。

3 结束语
    本文给出了CF卡和DM642的软、硬件接口，通过CCS2．2平台和RF5框架整合了软件工程，成功地将CF卡应用到基于DM642的便携式数字视频系统中。将程序烧写到板载flash后，可以实现上电自启动。通过多次试验和对程序的优化，系统运行良好，这说明本方案成功地解决了便携式设备要求的实时性、大容量和稳定性，具有广阔的应用前景。