CF卡在手机测试系统中的应用
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关键词：闪存 CF卡 手机测试系统
引言
目前，手机作为日常生活中一种重要的通信工具，越来越受到人们的关注。它的最大特性就是方便易携带。那么，如何保证手机在不同地理位置的条件下仍然具有优质的网络服务，进而保证其通话质量，成为移动通信部门的一种研究课题。为此，需要一种设备能够测试出手机处于不同地理位置，不同时间的各种网络参数来加以分析，即“便携式手机测试记录仪”。它能够将手机的各种网络数据从手机串口传送到存储设备；存储设备将数据存储下来，达到一定数目，再通过串行上载到PC机；在PC机上利用分析软件来进行数据分析，从而达到测试的目的。在此测试过程中，由于系统要求处理大量的数据，一般的存储器如EEPROM等很难达到要求，同时，系统要求数据在旧电时不丢失，即要求数据存储的非易失性，因此不能使用易失性的存储器如SRAM、SDRAM等。为此，在系统中采用了一种新型存储装置，即CF卡（Compact Flash Card）。
1 CF卡简介
Flash存储器是近年来发展迅速的一种存储器，属于非挥发性内存（Non-Volatile,即断电数据也能保存）。它具有EEPROM电擦除的特点，还具有低功耗、密度高、体积小、可靠性高、可擦除、可重写、可重复编程等优点。单片机的Flash Memory芯片容量有限，同时接口逻辑比较特殊，在大数据量场合使用会使得控制逻辑较为繁琐。集成了多片Flash存储器和外部接口、控制机构和协议的CF卡，可以提供相当可观的存储容量和标准的电气接口协议，可以满足本系统对于数据处理的要求。其内部结构如图1所示。
CF卡的在很小的体积内集成了控制装置、Flash Memory阵列和读写缓冲区。实际上，控制装置起到了种协议转换的作用，将对Flash Memory的读写转化成对ATA协议控制器的访问。CF卡对于缓冲区的设计使用了一种比缓冲结构，使得外部设备和CF卡通信的同时，CF卡的片内MCU可以对Flash Memory阵列进行读写。这种设计可以增加CF卡数据读写的可靠性，同时提高数据通讯的速率。在实际系统中，CF卡选用了SST公司的SST48CF096，容量达到了96MB，封装为25×2的双列插座，其工作电压为+5V/+3.3V，传输速率最大可达20MB/s，低功耗30mA/50mA(3.3V/5V)。其典型 应用电路如图2所示。
CF卡的主要功能引脚为数据线D0～D15，地址线A0～A9，片选及数据选择CS1、CS0，读写控制端ATA SEL、WE，寄存器选择REG，卡读写忙判断INTRQ、RESET等。数据线D0～D15用于数据的读写。CF可以工作于16位数据总线方式也可以工作于8位总线方式。读写速度上的要求不是很严格的情况下，为了方便和8位MCU的接口，一般选择为8位数据总线工作方式。若选择8位工作方式，CS1应接固定高电平，CS0低电平有效。CF卡在Memory工作方式下，仅地址线A0～A3起作用，用于选择读写端口，其余地址线可以接固定电平。REG用于选择是对CF卡进行命令、状态读写还是读写CF卡的属性寄存器。REG=1时读写命令。在Memory方式下，对CF的控制和数据读写均是通过对这几个端口的读写来实现的。INIRQ用于判断CF卡是否处于读写忙状态。出于严谨性可以在对CF卡进行读写之前利用此引脚判断CF卡是否空闲。在数据读写量较小的情况下，使用一定的延时即可。
图2中96MB的CF卡工作于Memory方式，8位数据总线，接口的主控MCU的89C52。单片机按标准的P2、P0口复用方式与CF卡接口。CS0～CS1、REG分别接单片机的P2.6、P2.5、P2.7，端口选择A3～A0接收经373锁存的低4位地址，CF卡的读写引脚分别与单片机的读写信号相接。若把闲置地址引脚接固定电平，则系统分配给CF卡的端口地址为[B000]～[B007]。INTRQ（即BSY/RDY）脚接到单片机的P1.7。
2 系统方案
2.1 硬件实现
系统采用模块化设计，由电源控制单元（PU）、单片机控制单元、地址锁存单元、数据缓冲单元以及存储单元（CF卡）构成，如图3所示。测试过程中，首先由单片机发送相关命令参数给手机，手机接收到命令后，经由串口输出网络数据。单片机将收到的数据通过缓冲器再送至CF卡。数据采集完毕后，将CF卡中的数据上传至PC机，利用上位机分析软件来进行网络分析。在实际系统中，MCU选用的是AT89C52、由于单片机的P0口和P2口采用了引脚复用，所以需要一片地址锁存，地址锁存器选用的是74HC373、CF卡的一次读写操作必须是512字节，而89C52只有256字节的内部RAM，需要在外部扩展一片缓冲器，缓冲器选用的是6116、由于系统是由手机电池统一供电，手机电池输出电压为+3.6V，而上述芯片的正常工作电压为+5V，因此，需要升压芯片作为电源模块，选用的是MAX756。
2.2 软件实现
2.2.1 CF卡的读写操作
CF卡采取的是类似硬盘的分块存储方式，分为柱面Cylinder、头Head和扇区Sector管理。对96MB的CF卡而言，共有733个柱面，每个柱面8个头，每个头32个扇区，每个扇区512字节（8位）。CF卡的读写是以一个扇区为基本单位的，在读写一个扇区之前先送出当前需要读写的柱面、头和扇区，然后发送读写命令，一个扇区的512字节需要一次性连续写入或者读出。下面给出对CF卡进行读和写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] //定义CF卡端口
void NextSector(){ //读写下一个扇区
sector++;
if(sector= =32){//一个头的扇区是否全部读写完毕
sector=0；
head++;
if(head= =16){//一个柱面的所有头是否全部读写完毕
head=0;
cylinder++;
if(cylinder= =733){//所有柱面是否全部读写完毕
cylinder--;
DiskFull=1;{//标志位置1，表示CF卡容易已满读写过程结束
}
}
}
}
CardHead=0xA0+head; //置当前头
SecCount=0x01; /*一次读写一个扇区
SecNo=sector; //置当前扇区
CylLow=cylinder%255; //置柱面高位
CylHigh=cylinder/255; //置柱面低位
Command=????; //读/写扇区命令，读为0X20，写为0x30
Delay(1); //延时1ms
//写操作为：
for(i=1;i<=512;i++){
DataPort=mem[0xE800+i]; //写512字节
}
NextSector(); //为写下一个扇区作准备读操作为：
for(i=1;i<=512;i++){
mem[0xE800+i]=DataPort; //读512字节
}
NextSector(); //为读下一个扇区作准备
2.2.2 缓冲区的操作
由于CF卡必须以扇区（512字节）为基本单位来进行读写操作，因此，系统需要扩展一片6116作为写缓冲区（地址口为0xE800开始）。系统在平时将收到的测试数据暂存于写缓冲区中。当接收到的数据累计超过一个扇区之后，再传送至CE卡。在实际系统中，开辟了1K的缓冲区，通过一个标志位low和缓冲区指针count来联合确定传送数据的范围。
①low=0,count=0。
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②low=0,count<=512、开始写缓冲区的有512字节，每写入一个字节，缓冲区指针自动加1。
③low=1，count>=512、当缓冲区指针大于512,表示前512字节已被填满，此时将low置为1，开将缓冲区前512个字节的内容送入CF卡，标志位由0变为1。
④low=1，count<=512。当缓冲区指针指到1024时，缓冲区指针清0，重新开始计数。此时将后512字节的内容送入CF卡，标志位由1变为0。
⑤low=0，count<=512。下一次循环过程开始。
由于向CF卡写入数据的同时，手机端仍然有数据输出。为了防止在写CF卡的过程中出现数据丢失现象，单片机手同端的通信采用串行口中断方式。程序如下：
void single() interrupt 4 using 2//串行口中断服务子程序，中断号为4
{
if(RI= =1){ //判断是否为单行口输入引起的中断
mem[0xe800+count]=SBUF; //将串行数据缓冲器中的数据送至数据缓冲区
count++; //缓冲区指针自动加1
if(count= =1024){ //如果缓冲区指针指向1024，则清0，重新计数
count=0；
}
RI=0； //串行口接收中断请求标志位清0
}
else if(TI= =1){ //判断是否为串行口输出引起中断
TI=0； //串行口发送中断请求标志位清0
}
}
本文以移动通信的手机测试系统的背景，介绍了CF卡在手机测试系统中的具体应用，包括其硬件开发和软件实现。由于CF卡具高传输速率，大容量非易失性固态盘，掉电数据不丢失，良好的震性能，宽温工作范围与所有数码相机、便携式PC、数字式音频播放器及其它具有Compact Flash插槽的设备兼容等特点，它的应用范围也将越来越广泛。
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