摘要：針對目前CF產(chǎn)品的應(yīng)用日益廣泛，而其轉(zhuǎn)接設(shè)備單一的現(xiàn)狀，本文從總線方面闡述了擴展出多個CF接口的方法，并討論了其總線仲裁策略，該方法簡單實用，完全符合設(shè)計要求。

1 引言

CF卡（CompactFlash：壓縮閃存）是目前世界上外形最小的大容量存儲設(shè)備。它與PCMCIA完全兼容，是一種固態(tài)產(chǎn)品，工作時沒有運動部件。目前主流產(chǎn)品已經(jīng)達到512Mb和1Gb標準。另外它還具備速度快、價格便宜等優(yōu)點。CF卡采用閃存（flash）技術(shù)，是一種穩(wěn)定的存儲解決方案，不需要電池來維持其中存儲的數(shù)據(jù)。對所保存的數(shù)據(jù)來說，CF卡比傳統(tǒng)的磁盤驅(qū)動器，更具安全性和保護性。

2 CF卡的應(yīng)用現(xiàn)狀

CF卡是由一個控制芯片和一個閃存組成，接口有50個腳（兩排），它能夠很輕易地插進68針I(yè)I型適配器卡（符合PCMCIA的技術(shù)要求）中使用。CF卡可以使用3.3V和5V兩種電壓工作，但對一個確定的卡，只能工作于一種電壓。

現(xiàn)在一般的PC機上并沒有直接提供CF接口，對它的應(yīng)用都是通過專門的讀卡器或是轉(zhuǎn)接設(shè)備來完成的。現(xiàn)在有很多從USB接口到CF接口的轉(zhuǎn)接設(shè)備，例如朗科公司剛推出基于閃存技術(shù)的第一款數(shù)碼移動存儲產(chǎn)品――優(yōu)卡，就是其中的一個。它采用內(nèi)置USB和CF雙接口，用戶將優(yōu)卡中的圖片、音樂或其它數(shù)據(jù)上傳至電腦時，簡化了對CF卡的操縱過程，但它僅能支持一個CF卡，目前還沒有擴展出多個CF接口的設(shè)備，而且，它只是一種簡化的讀卡器，需要專門的設(shè)備，沒有充分發(fā)揮出CF卡的上風，限制了對CF卡的更加有效的利用。

3 總線操縱題目及解決思路

總線是構(gòu)成系統(tǒng)的互連機構(gòu)，是多個系統(tǒng)功能部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接，各系統(tǒng)功能部件之間實現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換，并在爭用資源的基礎(chǔ)上進行工作。

3.1 系統(tǒng)中的總線題目

在這個系統(tǒng)中，當多個CF卡同時工作時，需要進行很多操縱，處理器間要進行數(shù)據(jù)和狀態(tài)字的相互交換，要向共享存儲器存取數(shù)據(jù)，還要對輸進輸出設(shè)備進行讀寫，所有這些操縱都要用到總線。特別是當對實時性要求較高時，總線的操縱會碰到很多的題目：

（1）多個CF卡同時占用總線時，如何避免總線的沖突。

（2）當一個操縱占用總線時間過長時，且其請求得不到滿足時，如何避免“死鎖”題目。

（3）在緊急情況下，有一個操縱要立即占用總線，此時，如何使它在最短的時間內(nèi)獲得總線的控制權(quán)。

以上題目在系統(tǒng)上表現(xiàn)為性能不穩(wěn)定，經(jīng)常性死機，要解決這些題目，必須選擇合適的總線仲裁機制，使其靈活、可靠地完成各種工作。

3.2 多CF卡總線仲裁機制

總線仲裁機制包括總線仲裁策略和總線仲裁方式兩方面。我們要求仲裁機制公平、有效、全理，而且要結(jié)構(gòu)簡單，輕易實現(xiàn)。這時我們主要討論仲裁方式，常見的仲裁方式有集中式和分布式兩種。所謂集中式仲裁中每個功能模塊有兩條線連到中心仲裁器：一條是送往仲裁器的總線請求信號線，一條是仲裁器送出的總線授權(quán)信號線。示意圖如下：

集中式仲裁方式的電路簡單，速度快；但它的容錯能力差，魯棒性不夠好。

分布式仲裁不需要中心仲裁器，每個潛伏的功能模塊都有自己的仲裁號和仲裁器。共享的仲裁總線上總是保存著當前占用總線模塊的仲裁號，當其它模塊有總線請求時，各仲裁器將從仲裁總線上得到的號與自己的號進行比較。假如仲裁總線上的號大，則它的總線請求不予響應(yīng)，并撤消它的仲裁號。最后，獲勝者的仲裁號保存在仲裁總線上。

分布式仲裁方法固然電路復(fù)雜一點，但容錯能力強，可擴展性好，當其中一部分出現(xiàn)故障時，不會影響其它的部分的工作。

3.3 本系統(tǒng)仲裁策略的解決方案

本系統(tǒng)采用計數(shù)器定時查詢的仲裁策略，這是集中式仲裁方式的一種，其基本思想是，總線上的任一設(shè)備要求使用總線時，通過共同的請求線向中心仲裁器發(fā)出總線請求。仲裁器接到請求信號以后，在總線不忙的情況下，讓仲裁地址計數(shù)器開始計數(shù)，計數(shù)值通過一組地址線發(fā)向各設(shè)備。每個設(shè)備接口都有一個設(shè)備地址判別電路，當?shù)刂肪€上的計數(shù)值與請求總線的設(shè)備地址相一致時，該設(shè)備把總線狀態(tài)設(shè)為占用，獲得了總線使用權(quán)，同時中止計數(shù)查詢。該方式的特點是計數(shù)靈活，既保證了仲裁的公平，也突出了重點。

這種方式很好決了總線沖突和“死鎖”的題目。對于緊急占用的題目，可以通過中斷廣播的方法來實現(xiàn)。即當有一個CF卡需要緊急服務(wù)時，它向所有的設(shè)備發(fā)出占用總線的中斷請求，其它設(shè)備檢查自己是否占用總線，假如占用，就馬上開釋；沒有占用，就繼續(xù)執(zhí)行自己的操縱。當緊急任務(wù)完成后，該CF卡再把總線控制權(quán)交給原來控制總線的設(shè)備。這樣就可以使各設(shè)備的優(yōu)先權(quán)得到保證。

4. 具體的設(shè)計實現(xiàn)

本系統(tǒng)中的多CF卡采用INTEL公司的PD6722作為主控。它是一個專門的從ISA總線擴展出兩個符合PCMCIA標準的芯片，不需要其它任何控制電路。它能直接治理地址在64K到16M之間，通過一個地址偏移量寄存器（存有所治理的地址的起始位置）把它映射到一個64M的地址上。通過擴展，可以方便地控制四個CF接口。而且它自身包含了仲裁邏輯電路，所以基本不需要另外的仲裁電路，這為設(shè)計帶來了很大的方便。

設(shè)計本系統(tǒng)的主要工作是對如何更加有效地種用總線。要使多個CF接口能夠協(xié)同工作，我們不但要做好硬件的設(shè)計，還要選擇良好的總線仲裁策略。

這個系統(tǒng)直接連到系統(tǒng)的總線上，在加電的同時，總線首先由主控占用，并由主控對各個接口進行初始化的配置，把相應(yīng)的工作模式配置到各個端口，并為它們分發(fā)時間片和優(yōu)先級，然后用計數(shù)器定時查詢方式進行工作。

本系統(tǒng)也有脆弱的一面，主要體現(xiàn)在對主控的存賴度較高，假如主控芯片出了題目，對本系統(tǒng)的打擊是致命的，這一點我們會在以后的工作中加以改進。