CF卡在手機測試系統(tǒng)中的應用
關(guān)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(guān)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(zhì)的網(wǎng)絡服務，進而保證其通話質(zhì)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(wǎng)絡參數(shù)來加以分析，即“便攜式手機測試記錄儀”。它能夠?qū)⑹謾C的各種網(wǎng)絡數(shù)據(jù)從手機串口傳送到存儲設備；存儲設備將數(shù)據(jù)存儲下來，達到一定數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，一般的存儲器如EEPROM等很難達到要求，同時，系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)在舊電時不丟失，即要求數(shù)據(jù)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(nèi)存（Non-Volatile,即斷電數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)量場合使用會使得控制邏輯較為繁瑣。集成了多片F(xiàn)lash存儲器和外部接口、控制機構(gòu)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(shù)據(jù)處理的要求。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
CF卡的在很小的體積內(nèi)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(zhuǎn)換的作用，將對Flash Memory的讀寫轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，使得外部設備和CF卡通信的同時，CF卡的片內(nèi)MCU可以對Flash Memory陣列進行讀寫。這種設計可以增加CF卡數(shù)據(jù)讀寫的可靠性，同時提高數(shù)據(jù)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25×2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(shù)據(jù)線D0～D15，地址線A0～A9，片選及數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線D0～D15用于數(shù)據(jù)的讀寫。CF可以工作于16位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)讀寫均是通過對這幾個端口的讀寫來實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jīng)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(xiàn)
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(shù)據(jù)緩沖單元以及存儲單元（CF卡）構(gòu)成，如圖3所示。測試過程中，首先由單片機發(fā)送相關(guān)命令參數(shù)給手機，手機接收到命令后，經(jīng)由串口輸出網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。單片機將收到的數(shù)據(jù)通過緩沖器再送至CF卡。數(shù)據(jù)采集完畢后，將CF卡中的數(shù)據(jù)上傳至PC機，利用上位機分析軟件來進行網(wǎng)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(nèi)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(xiàn)
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(jié)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(shù)據(jù)暫存于寫緩沖區(qū)中。當接收到的數(shù)據(jù)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(lián)合確定傳送數(shù)據(jù)的范圍。
①low=0,count=0。
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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(nèi)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(shù)。此時將后512字節(jié)的內(nèi)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(shù)據(jù)的同時，手機端仍然有數(shù)據(jù)輸出。為了防止在寫CF卡的過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)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(shù)據(jù)緩沖器中的數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)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(shù)
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(xiàn)。由于CF卡具高傳輸速率，大容量非易失性固態(tài)盤，掉電數(shù)據(jù)不丟失，良好的震性能，寬溫工作范圍與所有數(shù)碼相機、便攜式PC、數(shù)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。
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