83_86.pdf

K U R S

Obsługa kart pamięci Flash

za pomocą mikrokontrolerów,

część 2

W†drugiej czÍúci artyku³u przedstawiamy podstawy obs³ugi

sterownika karty oraz sk³adniÍ i znaczenie najwaøniejszych

poleceÒ steruj¹cych jego prac¹.

Przedstawione informacje s¹ podstawowymi i wprowadzaj¹cymi

do kolejnej czÍúci artyku³u, w†ktÛrej opiszemy programow¹

obs³ugÍ pamiÍci Compact Flashy i†Multimedia Card.

ProtokÛ³ komunikacji z†kart¹ CF

Niezaleønie od wybranego trybu

pracy, karty typu CF komunikuj¹

siÍ z†otoczeniem za pomoc¹ proto-

ko³u zgodnego ze specyfikacj¹ ATA.

Oznacza to, øe dostÍp†do zawartoú-

ci pamiÍci jest zawsze realizowany

poprzez zapis lub odczyt podstawo-

wych rejestrÛw ATA. W†zaleønoúci

od trybu, sposÛb adresowania tych

rejestrÛw wymaga nieco innej kom-

binacji sygna³Ûw steruj¹cych.

Poniewaø†do komunikacji z†mik-

rokontrolerem wybraliúmy tryb PC

Card Memory , zostanie on najdok-

³adniej opisany. Wymagane kombi-

nacje sygna³Ûw steruj¹cych w†tym

trybie oraz odpowiadaj¹ce im rejes-

try ATA zestawiono w† tab. 3 .

ZawartoúÊ pamiÍci Flash podzie-

lona jest na sektory (przewaønie

o†d³ugoúci 512 bajtÛw). DostÍp do

danego sektora danych naj³atwiej

jest realizowaÊ w†trybie LBA ( Logi-

cal Block Addressing ).

Do zaadresowania sektora uøywa

siÍ jednej 28-bitowej liczby okreúla-

j¹cej numer sektora. Wpisujemy j¹

do rejestrÛw ATA o†offsetach 3, 4,

5†i†6 i ustawiamy bit 6†rejestru nu-

meru g³owicy/dysku (offset 6) dla

w³¹czenia trybu LBA. Do rejestru

IloúÊ sektorÛw wpisujemy ile kolej-

nych sektorÛw chcemy odczytaÊ lub

zapisaÊ za pomoc¹ jednej komendy,

a†do rejestru komend - odpowied-

ni¹ komendÍ (zapis/odczyt sektora).

NastÍpnie po sprawdzeniu flagi go-

towoúci moøemy rozpocz¹Ê zapis

lub odczyt z†rejestru danych zawar-

toúci zaadresowanego sektora. Spro-

wadza siÍ to do 512-krotnego zapi-

sania lub odczytania rejestru da-

nych (o offsecie 0).

Jeúli wykorzystujemy 16-bitowy

tryb dostÍpu, to dokonujemy jedy-

nie 256 zapisÛw/odczytÛw 16-bito-

wych s³Ûw. Jeúli zamierzamy zapi-

saÊ lub odczytaÊ wiÍcej niø 1†sek-

tor danych, to przed rozpoczÍciem

zapisu/odczytu kaødego kolejnego

sektora musimy ponownie sprawdziÊ

flagi BUSY oraz DRQ. Jeúli do re-

jestru IloúÊ†sektorÛw wpiszemy 0†-

oznacza to, øe chcemy zapisaÊ/od-

czytaÊ 256 sektorÛw.

Na rys. 6 przedstawiono algo-

rytm dostÍpu do danych wed³ug

standardu ATA.

Rejestry ATA

Znaczenie rejestru danych oraz

rejestrÛw o†offsetach od 2†do 6†opi-

sano powyøej. Dla pe³nego opisu

rejestrÛw ATA naleøy jeszcze

scharakteryzowaÊ znaczenie poszcze-

gÛlnych bitÛw rejestrÛw: b³ÍdÛw,

statusu, alternatywnego statusu, re-

jestru kontrolnego oraz rejestru nu-

meru g³owicy/dysku - gdyø oprÛcz

najstarszej czÍúci adresu LBA zawie-

ra on istotne w†procesie komunika-

cji pola bitowe.

Rejestr b³Ídow ( Error Register ) -

offset 1, tylko do odczytu. Rejestr

ten zawiera szczegÛ³owe informacje

o†b³Ídach, jeúli bit 0†rejestru statu-

su zosta³ ustawiony, co oznacza

wyst¹pienie b³Ídu. Znaczenie po-

szczegÛlnych bitÛw tego rejestru po-

Tab. 3. Zestawienie wymaganych kombinacji sygnałów sterujących w trybie PC Card Memory oraz odpowiadające im

rejestry ATA

-REG

A10 A9...A4

Offset

-OE = 0

-WE = 0

Odczyt rejestru danych

Zapis rejestru danych

Rejestr b³êdów

Rejestr Features

Iloœæ sektorów

Numer sektora (LBA 7...0)

Numer cylindra [bity 0...7]

(LBA 15...8)

Numer cylindra [bity 8...15]

(LBA 23...16)

Numer g³owicy/dysku (LBA 27...24)

Rejestr statusu

Rejestr komend

Duplikat rejestru danych

Duplikat rejestru danych H

Duplikat rejestru b³êdów

Duplikat rejestru Features

Alternatywny status

Rejestr kontrolny

Adres urz¹dzenia

Zarezerwowany

Odczyt rejestru danych L

Zapis rejestru danych L

Odczyt rejestru danych H

Zapis rejestru danych H

Uwagi:

Rejestr o offsecie 0 mo¿e byæ wykorzystany w trybie 16-bitowego dostêpu przy -CE1 i -CE2 = 0. W tym przypadku linie danych D0...D15 zawieraj¹ 16-bitowe

dane (dwa kolejne bajty z pamiêci). Jeœli -CE1 = 0 i -CE2 = 1, to mamy do czynienia z dostêpem 8-bitowym i ka¿de kolejne odwo³anie do tego rejestru daje

nam kolejny bajt z danego sektora danych.

Elektronika Praktyczna 3/2004

K U R S

(w trybie IDE). Znaczenie poszcze-

gÛlnych bitÛw tego rejestru jest na-

stÍpuj¹ce (ich rozmieszczenie poka-

zano na rys. 8 ):

BUSY - Ustawiony, jeúli karta wy-

konuje wewnÍtrzne operacje i†nie

umoøliwia w†tym czasie dostÍpu

do pozosta³ych rejestrÛw. Jeúli bit

ten jest ustawiony, to pozosta³e

bity nie posiadaj¹ prawid³owych

informacji (s¹ niewaøne).

DRDY - Zostaje ustawiony, jeúli

karta jest gotowa do przyjÍcia ko-

mendy. Zerowany podczas zerowa-

nia karty.

DWF†- Ustawienie tego bitu ozna-

cza b³¹d zapisu do karty.

DSC - Ustawiony, jeúli karta jest

gotowa.

DRQ - Ustawiony, jeúli karta ø¹da za-

pisu danych do rejestru danych lub

w†buforze s¹ jeszcze jakieú dane do

odczytu poprzez rejestr danych.

CORR - Zostaje ustawiony, jeúli wy-

kryto b³¹d danych, ktÛry zosta³

skorygowany. Ustawienie tego bitu

nie przerywa transmisji danych.

O†(IDX) - Zawsze ustawiony na 0.

ERR - Ustawiony w†przypadku wy-

st¹pienia b³Ídu w†wyniku wyko-

nania poprzedniej komendy.

Transmisja danych zostaje prze-

rwana. PrzyczynÍ wyst¹pienia te-

go b³Ídu dodatkowo pokazuje re-

jestr b³ÍdÛw.

Rejestr Kontrolny ( Device Control

su. Rejestr ten s³uøy do programo-

wego zerowania karty oraz do usta-

wienia trybu pracy z†wykorzysta-

niem przerwaÒ. Moøe byÊ on zapi-

sywany nawet w†przypadku zajÍtoú-

ci karty (bit BUSY w†rejestrze sta-

tusu ustawiony na 1). Znaczenie

poszczegÛlnych bitÛw tego rejestru

( rys. 9 ) jest nastÍpuj¹ce:

D7...D4 - Nieistotne.

D3 - WartoúÊ tego bitu jest igno-

rowana przez kartÍ.

SW Rst - Wpisanie jedynki powodu-

je programowy reset karty. Wyma-

ga programowego wyzerowania, aby

zakoÒczyÊ procedurÍ resetu i†umoø-

liwiÊ karcie normaln¹ pracÍ.

-IEn - Jeúli jest ustawiony, karta

nie zg³asza przerwaÒ do mikro-

Tab. 4. Adresy rejestrów karty

Offset Adres dostêpu Adres dostêpu

Rejestru - rys. 3 - rys. 4

0 0xF000 0x8000

1 0xF100 0x8001

2 0xF200 0x8002

3 0xF300 0x8003

4 0xF400 0x8004

5 0xF500 0x8005

6 0xF600 0x8006

7 0xF700 0x8007

E 0xFE00 0x800E

Uwaga! Rysunki: 3 i 4 opublikowano w pierwszej

czêœci artyku³u, w EP2/2004.

Rys. 6. Algorytm dostępu do

danych przy użyciu komend ATA

kontrolera. NajczÍúciej nie uøywa

siÍ trybu przerwaÒ, wiÍc naleøy

go ustawiÊ na 1.

D0 - WartoúÊ tego bitu jest ignoro-

wana przez kartÍ.

Rejestr g³owicy/dysku ( Drive/Head

czytu. Rejestr ten zawiera

4†najbardziej znacz¹ce bity adresu

LBA (lub numer g³owicy przy dostÍ-

pie w†trybie CHS), znacznik infor-

muj¹cy kontroler o†chÍci dostÍpu do

urz¹dzenia Master lub Slave oraz

znacznik wymuszaj¹cy pracÍ w†trybie

LBA. Znaczenie poszczegÛlnych bitÛw

tego rejestru ( rys. 10 ) jest nastÍpuj¹ce:

Bity D7 i†D5 - powinny byÊ usta-

wione na 1.

LBA - 1†oznacza ø¹danie dostÍpu

w†trybie LBA.

DRV - 0†oznacza, øe odwo³ujemy

siÍ do urz¹dzenia Master, 1†- do

Slave. Poniewaø karta CF po re-

secie jest skonfigurowana jako

Master, powinniúmy pozostawiÊ

ten bit wyzerowany podczas ko-

munikacji z†kart¹. Przestawienie

karty na Slave, jeúli korzystamy

z†trybu PC Card Memory , moøli-

we jest jedynie poprzez wpis do

rejestrÛw†konfiguracyjnych karty

(dostÍp przy niskim poziomie syg-

na³u -REG), a†wiÍc stosuj¹c po³¹-

czenia wed³ug rys. 3†lub rys. 4

(EP2/2004), po prostu jest niemoø-

liwe do zrealizowania.

HS3...HS0 - 4†najbardziej znacz¹ce

bity adresu LBA lub numer g³o-

wicy w†trybie CHS.

kazano na rys. 7 . Oznaczenia na

rysunku s¹ nastÍpuj¹ce:

BBK - Bit zostaje ustawiony, jeøeli

kontroler wykryje, øe odwo³ujemy

siÍ do uszkodzonego bloku pamiÍ-

ci ( Bad Block ).

UNC - Bit zostaje ustawiony, jeøeli

kontroler karty wykryje b³¹d niemoø-

liwy do skorygowania przez wbudo-

wane mechanizmy korekcji b³ÍdÛw.

IDNF - Ø¹dany sektor nie moøe byÊ

odnaleziony.

ABRT - Bit zostaje ustawiony, jeúli

ø¹dana komenda zosta³a odrzuco-

na ze wzglÍdu na niegotowoúÊ

karty, b³Ídu zapisu lub prÛby wy-

konania nieprawid³owej komendy.

AMNF - Bit zostaje ustawiony, jeúli

wykryto dowolny b³¹d.

Rejestr Statusu i†Alternatywnego

statusu ( Status and Alt. Status Re-

gisters ) - offsety 7†oraz E, tylko do

odczytu. Rejestry te zwracaj¹†aktual-

ny status karty Compact Flash. Po-

winien on byÊ sprawdzany przed

wys³aniem jakiejkolwiek komendy

do kontrolera karty, nastÍpnie po

wys³aniu tej komendy oraz pomiÍ-

dzy zapisem/odczytem kaødego sek-

tora danych. Rejestr alternatywnego

statusu rÛøni siÍ tym od podstawo-

wego, øe odczyt pierwszego nie ka-

suje sygna³u aktywnego przerwania

Rys. 7. Znaczenie poszczególnych bitów rejestru

błędów

Rys. 9. Znaczenie poszczególnych bitów rejestru

kontrolnego

Rys. 8. Znaczenie poszczególnych bitów rejestrów:

statusu i alternatywnego statusu

Rys. 10. Znaczenie poszczególnych bitów rejestru

głowicy/dysku

Elektronika Praktyczna 3/2004

K U R S

Bajty nr 120...124 - liczba dostÍp-

nych sektorÛw w†trybie LBA, czy-

li zarazem pojemnoúÊ danej karty

- to najwaøniejsza dla nas infor-

macja, ktÛr¹ zwraca komenda

identyfikacji.

Rys. 11. Struktura kodu polecenia identyfikacja napędu

0x20 lub 0x21 - Odczyt Sekto-

ra/Ûw ( Read Sector(s) ) - rys. 12 .

Zak³adaj¹c, øe adresujemy kartÍ

w†trybie LBA, zawartoúÊ rejestrÛw

przy wywo³aniu komendy powinna

wygl¹daÊ tak:

X†- Dane nieistotne.

LBA = 1.

Drive = 0.

LBA[27...0] - adres sektora, od

ktÛrego rozpoczynamy transmisjÍ.

Sector Count - liczba sektorÛw do

odczytu (0 = 256, 1†= 1, 2†= 2 itd.).

Jest to polecenie najbardziej dla

nas interesuj¹ce. Pozwala na odczyt

maksymalnie 256 sektorÛw, jeúli

wartoúÊ rejestru 2†wynosi zero. Re-

jestry 3...6 zawieraj¹ adres pocz¹t-

kowego sektora. Jeúli bit LBA =1,

wtedy stosujemy adresowanie LBA,

a gdy LBA=0, to CHS. Po wydaniu

komendy trzeba zaczekaÊ, aø kont-

roler karty wyzeruje flagÍ BUSY

i†ustawi DRQ, a†nastÍpnie odczytaÊ

512 bajtÛw danych z† Rejestru da-

nych . Komenda posiada dwie od-

miany - wersja z†powtÛrzeniami

(komenda 0x20) nakazuje kontrole-

rowi w†przypadku natrafienia na

uszkodzony sektor prÛbowaÊ odczy-

taÊ go ponownie. Liczba prÛb jest

nieokreúlona standardem i†specyficz-

na dla kaødego typu karty. Mecha-

nizm ten jest niewidoczny dla uøyt-

kownika, a†informacja o†wyst¹pieniu

problemu pojawia siÍ jedynie jako

ustawienie bitu CORR w†rejestrze

statusu - o†ile kontrolerowi uda³o

siÍ skorygowaÊ odczytywane dane.

W†przeciwnym przypadku kontroler

ustawia flagÍ ERR i†przerywa trans-

Adresowanie rejestrÛw ATA

Jeúli juø znamy znaczenie po-

szczegÛlnych rejestrÛw kontrolera

ATA, musimy znaÊ sposÛb ich ad-

resowania. Zgodnie z†tab. 3 musimy

wygenerowaÊ na odpowiednich wy-

prowadzeniach karty w³aúciw¹ sek-

wencjÍ sygna³Ûw steruj¹cych. Przy

wykorzystaniu interfejsu do zewnÍtr-

znej pamiÍci RAM zawartego w†mik-

rokontrolerze, sprowadza siÍ to do

zapisu lub odczytu odpowiedniej ko-

mÛrki pamiÍci. W†zaleønoúci od te-

go czy pod³¹czyliúmy kartÍ wed³ug

rys. 3,†czy wed³ug rys. 4, poszcze-

gÛlne rejestry (o danym offsecie)

maj¹ adresy pokazane w† tab. 4 .

Jak pewnie uwaøni Czytelnicy

zauwaøyli, w†tab. 4†nie opisano

wszystkich moøliwych do zaadreso-

wania rejestrÛw ATA, a†jedynie

9†z†nich. Owe 9†rejestrÛw wystarcza

do typowej obs³ugi interfejsu ATA,

a†wiÍc pozosta³e rejestry moøemy

pomin¹Ê.

Specyfikacja ATA dla kart CF

zawiera doúÊ pokaün¹ liczbÍ obs³ugi-

wanych przez nie komend ATA.

Wiele z†nich dotyczy trybÛw zabez-

pieczeÒ ( Security Commands ), oraz

innych mniej waønych funkcji lub

s¹ rÛønymi odmianami podstawo-

wych komend zapisu/odczytu sekto-

ra. Ze wzglÍdu na ograniczon¹ objÍ-

toúÊ artyku³u opiszemy tylko 3†naj-

waøniejsze i†niezbÍdne komendy.

0x0E - Identyfikacja napÍdu

( Identify Drive ) - rys. 11 .

ZawartoúÊ rejestrÛw przy wywo-

³aniu komendy jest nastÍpuj¹ca:

X†- Dane nieistotne.

Drive - Numer dysku - w†naszym

przypadku bit ten powinien mieÊ

wartoúÊ 0.

Komenda zwraca 256 s³Ûw (512

bajtÛw) zawieraj¹cych informacje

o†danej karcie. Po wykonaniu ko-

mendy odczytujemy dane w†iden-

tyczny sposÛb jak odczytujemy jeden

sektor pamiÍci. SpoúrÛd danych naj-

bardziej interesuj¹ nas nastÍpuj¹ce:

Bajty nr 20...39 - numer seryjny

karty (w ASCII).

Bajty nr 54...93 - typ (nazwa)

karty.

Komendy ATA

Operacje zapisu i†odczytu danych

z†karty CF wymagaj¹ stosowania od-

powiednich komend zgodnych ze

specyfikacj¹†ATA. Oznacza to przy-

k³adowo, øe aby otrzymaÊ zawartoúÊ

jednego sektora pamiÍci, czyli 512

bajtÛw danych, naleøy najpierw za-

adresowaÊ kartÍ jako Master, po-

przez wpis do rejestru Numer g³owi-

cy/dysku czterech najbardziej znacz¹-

cych bitÛw LBA plus wartoúÊ 0xE0,

poczekaÊ na wyzerowanie flagi BU-

SY i†ustawienie flagi DRDY, a na-

stÍpnie wpisaÊ niezbÍdne dane do

rejestrÛw o†offsetach od 2†do 5, po

czym do rejestru komend wpisaÊ

kod komendy odczytu sektora. Na-

stÍpnie naleøy sprawdziÊ gotowoúÊ

karty na wys³anie danych i†dopiero

wtedy moøna odczytaÊ owe 512 baj-

tÛw poprzez wykonanie 512 odczy-

tÛw† Rejestru danych (offset 0).

Rys. 12. Struktura kodu polecenia odczyt sektora/ów

Elektronika Praktyczna 3/2004

K U R S

- Wpisaniu do rejestru kontrolnego

wartoúci 0x02.

- Odczekaniu oko³o 10

- Sukcesywnym odczytywaniu za-

wartoúci rejestru Statusu do cza-

su aø kontroler wyzeruje flagÍ

BUSY i†ustawi flagÍ DRDY. Mak-

symalny czas odpowiedzi na re-

set moøe†wynieúÊ oko³o 500 ms.

- Kontrolnego odczytu rejestru Nu-

mer sektora (offset 3), ktÛry po

prawid³owym resecie karty przyj-

muje wartoúÊ 1.

Jeúli procedura ta zakoÒczy siÍ

sukcesem, mamy pewnoúÊ, øe karta

jest gotowa do przyjÍcia wybranej

przez nas komendy.

Wszystkie podane dotychczas in-

formacje powinny pozwoliÊ na na-

pisanie konkretnych procedur ko-

munikacji z†kart¹ CF, wiÍc w†ko-

lejnej czÍúci kursu przedstawiÍ

sposÛb†implementacji komend zapi-

su i†odczytu sektora dla kart typu

Compact Flash, oparty o†procedury

w†jÍzyku ìCî.

Romulad Bia³y

Rys. 13. Struktura kodu polecenia zapis sektora/ów

li chcemy zapisaÊ wiÍcej niø 1†sek-

tor ( Sector Count rÛøny od 1), to

moøemy wys³aÊ do karty zawartoúÊ

kolejnego sektora, czyli kolejne 512

bajtÛw danych do Rejestru danych

(offset 0).

0x30 lub 0x31 - Zapis sektora/

Ûw ( Write Sector(s) ) - rys. 13 .

ZawartoúÊ rejestrÛw przy wywo-

³aniu komendy jest identyczna jak

dla komendy odczytu, z†wy³¹cze-

niem kodu komendy.

Zasada dzia³ania jest identyczna

jak w†przypadku komendy Read

Sector , ale w†tym przypadku dane

s¹ zapisywane do karty. Po wys³a-

niu zawartoúci jednego sektora mu-

simy zaczekaÊ, aø kontroler karty

wyzeruje flagÍ BUSY, po czym jeú-

Programowe zerowanie

sterownika karty CF

Po za³¹czeniu zasilania karty,

przed rozpoczÍciem komunikacji

z†kart¹ lub w†przypadku wyst¹pie-

nia b³ÍdÛw komunikacji naleøy wy-

konaÊ programowe zerowanie ste-

rownika karty. W†praktyce polega

ono na:

Elektronika Praktyczna 3/2004

- Wpisaniu do rejestru kontrolnego

(offset E) wartoúci 0x06.

- Odczekaniu oko³o 10

misjÍ, jeúli prÛbowaliúmy odczyty-

waÊ wiÍcej niø 1†sektor.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: