CF卡在DM642基便攜式數(shù)字視頻系統(tǒng)中的應(yīng)用

0 引言

　　目前，數(shù)字視頻系統(tǒng)在日常工作和生活中己得到廣泛應(yīng)用，如監(jiān)控系統(tǒng)、視頻電話、數(shù)字電視等，而隨著技術(shù)的進(jìn)步和工作生活對(duì)視頻圖像質(zhì)量的要求越來(lái)越高，處理的數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，這就提出了兩個(gè)新的問(wèn)題：一方面要求硬件的處理能力要更快，如監(jiān)控系統(tǒng)和視頻電話系統(tǒng)都要求具備實(shí)時(shí)性；另一方面要求數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)容量更大而且方便攜帶。為了實(shí)現(xiàn)DSP(DigitalSignal Processing)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，需要有大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)用于保存視頻數(shù)據(jù)。本文中使用TI公司的高端多媒體處理芯片DM642作為圖像處理芯片，其強(qiáng)大的計(jì)算能力、豐富的外圍接口和完全可編程性，可以方便地用來(lái)開(kāi)發(fā)各種圖像系統(tǒng)。而CF卡的使用則可以彌補(bǔ)板載的Flash容量通常太小，SDRAM掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失的缺陷。同時(shí)CF卡采用的插針式連接方式，具有相對(duì)較高的抗震性和穩(wěn)定性，能夠較好地滿足便攜式設(shè)備的要求。在視頻編解碼方面采用TI公司提供的MPEG一2算法，可以基本滿足壓縮效率和質(zhì)量的要求。

1 CF卡的簡(jiǎn)介

　　CF卡的全稱為Compact F1ash。它最先是由Sandisk公司在1994年推出的，現(xiàn)在已經(jīng)成為一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)部示意圖如圖1所示。CF卡由兩個(gè)基本部分組成：控制芯片和閃存模塊?？刂菩酒脕?lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的連接及控制數(shù)據(jù)在閃存模塊中的傳輸，而閃存模塊用于存儲(chǔ)信息。CF卡兼容3．3V和5V的工作電壓，并支持多種接口訪問(wèn)模式。目前CF的容量可高達(dá)100GB，主流容量已達(dá)到4GB，價(jià)格也已經(jīng)降到幾十元左右，性價(jià)比很高。

2 DM642與CF卡的接口設(shè)計(jì)

2．1 硬件接口設(shè)計(jì)

　　CF卡支持三種基本的工作模式：PC Card Memory模式、PC Card I／0模式以及True IDE模式，不同的模式對(duì)應(yīng)的管腳功能略有不同。在本文的設(shè)計(jì)中使用的是PCCard Memory模式，在插入CF卡之前，保證CF卡的插槽／REG管腳為高電平，即可讓CF卡自動(dòng)進(jìn)入PC Card Memory模式。DSPs是通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口EMIF(External MemoryInterface)來(lái)訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器的。DM642的EMIF有CEO、CEl、CE2、CE3四個(gè)空間，各具有256MB的尋址空間。本文所述的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將CE2空間配置為CF卡的地址空間供CF卡使用，根據(jù)Memory模式的要求，CE2空間被配置為8位異步接口，此外還專門配備了一片CPLD來(lái)對(duì)CF卡進(jìn)行讀寫控制，硬件連接如圖2所示。

　　引腳連接說(shuō)明如下：／REG信號(hào)用于選擇訪問(wèn)普通寄存器還是屬性寄存器，他和地址線A[3：0]一起完成對(duì)讀寫寄存器的選取。／CDl和／CD2用于檢測(cè)插槽上是否有CF卡，當(dāng)CF卡插入插槽后，這些管腳會(huì)被拉低。／CEl和／CE2則用來(lái)選擇CF卡的數(shù)據(jù)傳輸寬度，本文中設(shè)計(jì)為8位寬度。為了節(jié)約IO口的資源，／CDl、／CD2、／CEl、／CE2和I／REG均連接到配置的通用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空間的使能信號(hào)，ARE和IAWE是異步接口的讀寫信號(hào)，均為低電平有效，他們通過(guò)與DSP_CE2邏輯取“或”后連接到CF卡的／0E和／WE，這樣在／CE2使能后就可以相應(yīng)地控制CF卡的讀寫操作。

　　CF卡具有16位的數(shù)據(jù)總線，但是可以根據(jù)主控制器的數(shù)據(jù)寬度靈活配置成8位或16位，本系統(tǒng)中將DM642的低16位數(shù)據(jù)總線D[15：0]與CF卡的數(shù)據(jù)總線D[15：0]相連。CF卡的11位地址總線取低四位A[3：0]連接到DM642的TEA[6：3]，CF卡的TEA[9：4]接地，TEAl0連接到DM642的TEA7，CSEL接地，IOWR、IORD上拉至VCC，其他未說(shuō)明使用的引腳均為接地操作。

2．2 CF卡的軟件接口

　　CF卡的讀寫是以扇區(qū)(sector)為基本單位的，每扇區(qū)為512字節(jié)，每次讀寫一個(gè)或多個(gè)連續(xù)扇區(qū)。本文中CF卡被配置為PC Card Memory模式，該模式下的寄存器地址映射如表1所示。

　　寄存器0用于讀寫數(shù)據(jù)，寄存器1在讀操作時(shí)是錯(cuò)誤寄存器，存放錯(cuò)誤信息，寫的時(shí)候是特征寄存器。寄存器2用于存放讀寫扇區(qū)的數(shù)目。寄存器3~6用于存放讀寫扇區(qū)的地址。CF卡的扇區(qū)尋址有兩種方式：物理尋址方式(Cylinder／Head／Sector，CHS)和邏輯尋址方式(Logical Block Addressing，LBA)。CHS是扇區(qū)對(duì)應(yīng)的具體的柱面、磁頭和扇區(qū)的地址，LBA的地址則在邏輯上是連續(xù)的，兩種尋址方式的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：LBA地址=(柱面號(hào)×磁頭數(shù)+磁頭號(hào))×扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)號(hào)一1。本文選擇LBA的線性尋址方式。

　　寄存器7在讀和寫時(shí)具有不同的意義。讀操作時(shí)是狀態(tài)寄存器，存放CF卡的狀態(tài)信息，寫的時(shí)候是命令寄存器，用于設(shè)置命令，完成相應(yīng)的操作。

　　CF卡讀寫程序之前要初始化DSP和CF卡，初始化GPIO，將DM642的CE2空間設(shè)置為8位異步接口，將／REG配置為高電平，同時(shí)設(shè)置CF卡為8位數(shù)據(jù)接口。

　　在讀寫扇區(qū)時(shí)，首先要設(shè)置好起始扇區(qū)的LBA地址和要讀寫的扇區(qū)數(shù)目，然后再設(shè)置命令寄存器，讀取數(shù)據(jù)設(shè)置為20H，寫入數(shù)據(jù)設(shè)置為30H，寫完后讀取狀態(tài)寄存器，只有當(dāng)狀態(tài)寄存器為“58H”時(shí)才能開(kāi)始讀寫操作，否則繼續(xù)查詢狀態(tài)。由于數(shù)據(jù)接口為8位，這樣對(duì)一個(gè)扇區(qū)就需要讀或?qū)?12次數(shù)據(jù)寄存器即可。之后還要讀取狀態(tài)寄存器看是否為“50H”，判斷CF卡的操作是否完成，若完成，則退出本次操作，否則繼續(xù)查詢直至完成。

　　CF卡寫一個(gè)扇區(qū)函數(shù)部分源碼如下：

讀寫多個(gè)扇區(qū)的方法與此類似，設(shè)置好扇區(qū)的數(shù)目和相應(yīng)的讀寫命令即可，一般說(shuō)來(lái)直接設(shè)置循環(huán)讀寫比調(diào)用子程序的運(yùn)行效率要高，因?yàn)樗恍枰x寫一次扇區(qū)的起始地址即可。

2．3 CF卡的內(nèi)存空間管理

　　本系統(tǒng)中CF卡上存儲(chǔ)的是mpeg2格式的視頻數(shù)據(jù)，雖然視頻的長(zhǎng)度不確定，但是扇區(qū)地址用LBA尋址的話都是4字節(jié)。在本設(shè)計(jì)中CF卡的存儲(chǔ)空間可如下進(jìn)行分配：第一個(gè)扇區(qū)存放視頻的索引信息；從第二個(gè)扇區(qū)開(kāi)始存放圖像數(shù)據(jù)。

　　其中第一個(gè)扇區(qū)512個(gè)字節(jié)存放的數(shù)據(jù)格式如下：

　　total section為存放的總視頻數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，初始為0；current section則為當(dāng)前要進(jìn)行操作的視頻的編號(hào)，初始為1；addressl為第一段視頻的起始地址，初始值為0x00000002，而address2為第二段視頻數(shù)據(jù)的起始地址，初始值為0，其后的數(shù)據(jù)在初始化時(shí)均設(shè)為O。

　　在每次系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)都需要首先讀取第一個(gè)扇區(qū)的信息，讀取的信息放在一個(gè)寬度為4字節(jié)的數(shù)組infolba里，則每段要讀寫的視頻地址計(jì)算方式如下：currentaddress=infolba[current section]，相應(yīng)地在完成讀寫操作后要重寫第一扇區(qū)，對(duì)索引信息進(jìn)行更新，具體為total section、current section和下一段視頻數(shù)據(jù)存放的地址。

　　從實(shí)用角度講第一扇區(qū)可以存放約125段視頻的首地址，可基本滿足使用的要求。根據(jù)設(shè)計(jì)addressl的值恒為Ox00000002，而total section和Icurrent section又有特定的大小關(guān)系，那么Infolba的前三個(gè)數(shù)據(jù)可作為校驗(yàn)標(biāo)志用于檢測(cè)當(dāng)前的CF卡空間分配是否符合要求，若不符合要求就按照初始值進(jìn)行初始化。一般情況下current section=totalsection+1， 當(dāng)current section小于或等于total sectiOn的時(shí)候，若進(jìn)行寫扇區(qū)的操作，則infolba[current section]以后的數(shù)據(jù)信息都會(huì)被覆蓋或丟失索引信息，這樣可以確保CF卡內(nèi)存空間的重復(fù)使用。在本系統(tǒng)中通過(guò)外部硬件控制電路輸入控制信號(hào)，可以方便地實(shí)現(xiàn)錄像、播放、快進(jìn)、快退、暫停等功能，很明顯可以通過(guò)快進(jìn)、快退改變current section的值來(lái)對(duì)CF卡上的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行播放或者是覆蓋操作。

3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文給出了CF卡和DM642的軟、硬件接口，通過(guò)CCS2．2平臺(tái)和RF5框架整合了軟件工程，成功地將CF卡應(yīng)用到基于DM642的便攜式數(shù)字視頻系統(tǒng)中。將程序燒寫到板載flash后，可以實(shí)現(xiàn)上電自啟動(dòng)。通過(guò)多次試驗(yàn)和對(duì)程序的優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行良好，這說(shuō)明本方案成功地解決了便攜式設(shè)備要求的實(shí)時(shí)性、大容量和穩(wěn)定性，具有廣闊的應(yīng)用前景。