System ACE的DSP文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)解析

引 言
　　目前，對(duì)圖像處理系統(tǒng)的速度和精度要求越來越高，采樣的數(shù)據(jù)量也越來越大。而嵌入式系統(tǒng)中的硬件資源環(huán)境一般比較苛刻，嵌入式微處理器和微控制器的內(nèi)存一般都不大。為了能夠?qū)崿F(xiàn)DSP（Digital Signal Processing）系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，需要大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)用于保存采樣結(jié)果。但是板載的Flash等容量通常不大，SDRAM掉電后數(shù)據(jù)會(huì)丟失，并且它們無法方便地把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)主機(jī)上。閃存技術(shù)的不斷發(fā)展，使得閃存卡（如CF卡、SD卡等）因其體積小、容量大、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而在嵌入式存儲(chǔ)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。因此，本文介紹一種使用CF卡作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的方法。FAT16文件系統(tǒng)具有出色的文件管理性能，能被大多數(shù)操作系統(tǒng)識(shí)別，因此將CF卡與FAT16文件系統(tǒng)相結(jié)合是嵌入式存儲(chǔ)、記錄系統(tǒng)的一個(gè)理想方案。
　　1 System ACE原理
　　1.1 System ACE簡介
　　System ACE（System Advanced Configuration Environment）是Xilinx公司開發(fā)的系統(tǒng)高級(jí)配置系列，用以滿足面向多個(gè)FPGA的系統(tǒng)對(duì)高效空間、預(yù)置、高密度配置需求的解決方案。System ACE技術(shù)是一種突破性的系統(tǒng)內(nèi)可配置的解決方案，大幅節(jié)省了開發(fā)工作；與傳統(tǒng)的PROM相比，每比特成本也大大降低。System ACE技術(shù)是高容量FPGA系統(tǒng)的嵌入式解決方案。
　　System ACE系列把xilinx配置控制的專業(yè)技術(shù)和專注于存儲(chǔ)的產(chǎn)業(yè)結(jié)合在一起，它的第1個(gè)成員是SystemACE CF（CompactFlash）。
　　System ACE CF是1個(gè)芯片集，由2部分組成：一個(gè)是ACE控制器，另一個(gè)就是用于存儲(chǔ)的CF卡。
　　1.2 ACE控制器
　　如圖1所示，ACE控制器有4個(gè)接口，分別用來連接CF（CompactFlash）、MPU（Microprocessor）、用于連接FPGA的CFGJTAG（Configration JTAG）、允許高度靈活配置的TSTJTAG（Test JTAG）。下面著重介紹CF卡接口和MPU接口。
　　
　　1.3 CF卡接口
　　CF卡接口可以連接的CF卡類型有Xilinx ACEFlash卡、任意標(biāo)準(zhǔn)的CF卡、高達(dá)8 Gb的IBM微型硬盤，以及所有有相同外形和電路板空間需求的存儲(chǔ)卡。
　　CF卡接口由2部分組成：一是CF卡控制器，二是CF卡仲裁器。CF卡控制器不僅用來檢測和維護(hù)CF卡設(shè)備的狀態(tài)，而且還處理所有的CF設(shè)備的訪問總線周期及提煉和執(zhí)行CF命令（如軟復(fù)位、讀／寫段）等。CF卡仲裁器決定微處理器和配置JTAG控制器哪一個(gè)來訪問CF卡的數(shù)據(jù)緩沖。
　　1.4 MPU接口
　　MPU接口功能：
　　◆MPU接口提供了監(jiān)控System ACE控制器和ACE Flash讀寫數(shù)據(jù)的功能。
　　◆MPU接口能夠識(shí)別CF卡并對(duì)CF卡進(jìn)行讀寫。
　　◆MPU接口能夠控制配置流，包括監(jiān)控ACE控制器的配置狀態(tài)和錯(cuò)誤狀態(tài)，還能延時(shí)配置、開始配置、決定CF卡或MPU的配置源，控制比特流版本以及復(fù)位設(shè)備等。
　　本文就是利用ACE控制器的MPU接口，在該接口處連接DSP芯片，并通過CF卡為DSP加載文件系統(tǒng)。
　　1.5 System ACE的文件和目錄
　?。瓵CE是在目錄結(jié)構(gòu)的最底層。Xilinx的SystemACE軟件能夠?qū)⒈忍亓鬓D(zhuǎn)換為．ACE文件。1個(gè)．ACE文件代表特定設(shè)備鏈的比特流。
　?。甤ollection是目錄結(jié)構(gòu)中緊挨著．ACE的上一層，由8個(gè)．ACE組成。在System ACE環(huán)境下，同一．collection下的所有．ACE文件都可以處理。
　　在1個(gè)CF卡設(shè)備中有多個(gè)collection，但在任意一時(shí)問只能有1個(gè)被激活，至于哪一個(gè)被操作是通過xilinx．sys文件來決定的。xilinx．sys文件在ACE Flash設(shè)備的根目錄下。ACE控制器能夠解析xilinx．sys文件。若根目錄下面沒有xilinx．sys文件，則必須有1個(gè)．ACE文件來充當(dāng)此角色。
　　System ACE目錄結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)使得它能夠維護(hù)多個(gè)版本或者是不同設(shè)計(jì)的collection。每一個(gè)collection目錄可以有1個(gè)或者多個(gè)不同的子目錄。每一個(gè)子目錄只能包含1個(gè)．ACE文件。
　　Sysrem ACE目錄結(jié)構(gòu)的規(guī)則如下：
　　◆Sysrem ACE配置文件必須放在CF卡設(shè)備的第1分區(qū)。
　　◆Sysrem ACE分區(qū)必須被格式化為FAT12或者FAT16格式。
　　◆xilinx．sys必須在根目錄下。當(dāng)xilinx．sys不存在時(shí)，根目錄下必須有1個(gè)．ACE來充當(dāng)此角色。
　　2 CF卡原理
　　CF（Compact Flash）卡是以閃存為存儲(chǔ)，具有容量大（512 MB）、功耗低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。CF卡讀寫的最小單位為1個(gè)扇區(qū)（512字節(jié)），讀寫操作是通過卡內(nèi)緩沖區(qū)進(jìn)行的，不支持直接讀寫存儲(chǔ)區(qū)域。
　　CF卡可以工作在3種模式：PC Card Memory（Memory模式），PC Card I／O（I／O模式）和True IDE模式。PCCARD模式與PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)兼容。TRUE IDE模式與ATA／ATAPI-4標(biāo)準(zhǔn)兼容。當(dāng)上電時(shí)，如果OE接地，則進(jìn)入True IDE模式，在此模式下只可以存取任務(wù)寄存器。另外2種模式需要通過設(shè)備結(jié)構(gòu)寄存器來選擇。
　　CF卡的操作方式與硬盤的操作方式相似。CF卡讀寫必須以扇區(qū)為單位，每個(gè)扇區(qū)為512字節(jié)，每次可以讀寫1個(gè)扇區(qū)或連續(xù)多個(gè)扇區(qū)。扇區(qū)的尋址方式有2種：邏輯尋址（LBA）和物理尋址（CHS），它們之間的關(guān)系為：
　　LBA=（柱面號(hào)×磁頭數(shù)+磁頭號(hào)）×扇區(qū)數(shù)+扇區(qū)數(shù)-1
　　尋址方式采用LBA（Logic Block Address），該方式將全部扇區(qū)映射至1塊連續(xù)的地址空間中，這樣可以大大簡化編程的工作，同時(shí)避免了柱面、磁頭和扇區(qū)之間的換算，使尋址更方便。對(duì)CF卡的配置及各種操作，如讀寫、刪除、格式化等，都通過寫特殊功能寄存器完成。