摘要：cf卡是一种包含了控制和大容量flash存储器的标准器件，具有容量大、体积小、高性能、携带方便等优点，已广泛应用在数据采集系统和许多消息类电子产品中。本文详细介绍cf卡在单片机系统中的硬件接口电路，以及单片机对cf卡进行标准文件读写的实现，且写入的文件能被windows操作系统读写。 关键词：cf卡 单片机 fat文件格式引言 由于cf卡（compact flash card）具有容量大、体积小、高性能、携带方便等优点，而且读写速度快，可与多种电脑操作系统平台兼容，因此在数据采集系统中的数据记录或与pc机之间的数据转存多采用cf卡。为了在pc机中能方便地进行数据处理，在下位机端必须采用一种标准的格式组织数据，即将数据按照windows标准文件格式写入，在pc机端通过读卡器将写入cf的内容以标准文件形式读出。windows标准文件格式有fat、fat32和ntfs。考虑到广泛使用的windows 98系统的cf卡的容量等因素，通常采用fat（file allocation table）文件系统。单片机系统对cf卡的读写，就是从底层对它进行直接操作，包括寻址、创建文件和读写等。1 cf卡简介 cf卡内集成了控制器、flash memory阵列和读写缓冲区，如图1所示。内置的智能控制器，使外围电路设计大大简化，而且完全符合pc机内存卡的国际联合会pcmcia（personal computer memory card international association）和ata（advanced technology attachment）接口规范。实际上，控制器起到了一种协议转换的作用，即将对flash memory的读写转化成了对控制器的访问，这样不同的cf卡都可以用单一的机构来读写，而不用担心兼容性问题。cf卡的缓冲区结构，使得外部设备与cf卡通信的同时，cf卡的片内控制器可以对flash进行读写。这种设计可以增加cf卡数据读写的可靠性，同时提高数据传输速率。 cf卡支持多种接口访问模式，有符合pcmcia规范的memory mapped模式、i/o card模式和符合ata规范的true ide模式。上电时，oe（9脚）为低电平，cf卡进入true ide模式，此时引脚oe也叫ata sel；上电时，oe（9脚）为高电平，cf卡进入pcmcia模式，即memory mapped模式或i/o card模式，此时可通过修改配置选项寄存器进入相应的模式。配置选项寄存器格式如下：sreset levelreq conf5 conf4 conf3 conf2 conf1 conf0 sreset—软复位信号；level req—中断模式选择（电平或边沿触发）。 例如，要加入memory mapped模式，只需要在上电时保证oe为高电平，因为配置选项寄存器的conf5～conf0位的初始化值为“00000”；而要进入i/o card模式，除了上电时保证oe为高电平外，还要进一步设置conf5～conf0，如表1所列。但是对于具体型号的cf卡而言，下面三种情况也是被cfa（cf card association）所允许的：①上电时进入true ide模式，工作过程中，只要监测到oe变为高，就退出true ide模式；②允许卡在复位时重新配置；③上电时进入pcmcia模式，允许过程中，只要监测到oe变为低，就进入true ide模式。表1 模式选择2 cf卡与51单片机的接口 cf卡在pc memory方式与51芯片的接口电路如图2所示。由于采用cf卡上电后自动进入的memory模式，而且不存在对特性寄存器的读写，故可将reg接高电平。片选信号ce1和ce2组合可选择数据位宽度，如表2所列。图2中ce2接vcc，选用的是8位（d7～d0）数据宽度。表2 数据宽度选择为了实现即插即用的功能，ce卡上提供了两个用来检测卡是否存在的引脚（cd1、cd2），由卡内部接地。当主机检测到与其相连的cd1和cd2两个引脚同时为低电平时，可判断出卡与主机相连；否则，卡未与主机相连。由于i/o口紧张，rdy/bsy引脚悬空不用，通过查询状态寄存器能判断cf卡是否准备就绪。在实际应用中，由于一次至少要读写一个扇区512字节，所以要扩充一块ram。我们选用的是62256，容量为32kb，这样便可以支持大到2gb的cf卡（参见下文），增加了其扩展性。3 fat文件系统 fat文件系统是基于dos的文件系统。常说的fat有12位的fat12和16位的fat16，另外就是32位的fat32。考虑到cf卡的容量有限，宜选用fat16。这里只对fat文件系统作一简单介绍，更详细的内容请见参考文献。 磁盘的寻址方式有两种：物理寻址c/h/s（柱面/磁头/扇区）方式和逻辑块lba（logical block addressing）寻址方式。二者之间的转换关系为： lba地址=（柱面号×磁头数+磁头号）×扇区数+扇区数-1 采用lba寻址方式，没有磁头和磁道的转换操作，在访问连续的扇区时，操作速度比物理寻址方式要快，而且也简化了对磁盘的访问。 硬盘的结构布局分为mbr（主引导扇区）和最多4个逻辑分区（含dos分区或非dos分区），而在dos逻辑分区中的磁盘组织如下： 引导扇区dbr（dos boot record）:位于lba 0扇区，包含跳转指令、厂商标识和dos版本号、bpb（bio