基于ARM920T微处理器的IDE硬盘接口设计与实现_技术

基于ARM920T微处理器的IDE硬盘接口设计与实现

1 引言

20世纪90年代后期，嵌入式系统在工业控制、远程监控和数据采集等领域的应用日趋广泛，人们对嵌入式系统的存储容量也提出了较高的要求。因此研制适用于嵌入式系统的大容量、高速率、高可靠性的数据存储系统变得日益重要。本文针对一款基于ARM920T芯片的开发板，根据ATA硬盘接口规范，设计了IDE硬盘接口电路，实现了对IDE硬盘的读写，可以在Linux系统中对其上的文件系统自由访问，达到了高速率和高可靠性的要求。

2 ARM920T与S3C2410介绍

ARM 包括一系列微处理芯片技术。ARM920T是ARM系列微处理器的一种，它采用5阶段管道化ARM9TDMI内核，同时配备了Thumb扩展、EmbeddedICE调试技术和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下，性能可达ARM7TDMI芯片的两倍之多。ARM920T系列主要应用于机顶盒产品、掌上电脑、笔记本电脑和打印机。

3 IDE接口及其规范

IDE(Integrated Drive Electronics)是从IBM PC/AT上使用的ATA接口发展而来的。IDE/ATA磁盘驱动器与早期的ATA驱动器相比，增加了任务文件寄存器，包括数据寄存器、状态寄存器以及反映地址的驱动器号、磁头号、道号和扇区号寄存器等。ATA接口规范定义了信号电缆和电源线的电器特征、互联信号的电器和逻辑特征，还定义了存储设备中可 *** 作的寄存器以及命令和协议。

3.1

寄存器

规范定义了两组寄存器：命令寄存器和控制寄存器。命令寄存器用来接收命令和传送数据，控制寄存器用来控制磁盘 *** 作。常用的寄存器包括数据寄存器、命令寄存器、驱动器/磁头寄存器、柱面号寄存器、扇区号寄存器、扇区数寄存器和状态寄存器。

3.2

数据传输方式

ATA接口规范定义了两种数据传输方式：可编程I/O(PIO)方式和DMA方式。PIO传送方式下，CPU对控制器的访问都是通过PIO进行的，包括从控制器读取状态信息和错误信息，以及向控制器发送命令和参数。在一次PIO数据传输过程中，CPU先选址，然后使读/写信号有效，CPU或控制器放数据到数据总线，控制器或CPU读取数据， *** 作完成后，释放总线，这样一次数据传输完成。DMA方式，即直接内存访问，CPU把缓冲区的地址与需要读写的长度告诉外设，外设在准备好后向CPU发出一个DMA请求，要求CPU暂停使用内存，获得同意后就直接在内存和外设之间传输数据，完成后再把对内存的访问权归还给CPU。

4 硬件实现

如图1所示，S3C2410与硬盘之间接口电路分为3个部分：片选信号、数据信号和控制信号。硬盘上寄存器分为两组，分别由IDE_CS0和IDE_CS1选中，DA0~DA2则用于组内寄存器寻址；数据线DD0~DD15因存在输入/输出方向问题，故用nOE(读信号)接buffer(74LVTH162245)的DIR引脚来控制缓冲器方向；控制信号部分因该CPU与硬盘之间DMA时序不一致，故采用一块EPM7032AETC44-7芯片用于调整其时序。PIO模式下，不需要DMARQ和nDMACK信号，DMA模式下，这两个信号才起作用。

5 软件实现

硬盘驱动程序实现分为初始化、打开设备、设备I/O *** 作和释放设备等几部分。

5.1

硬盘初始化与X86不同，在ARM

体系结构中，对内存和外设的访问使用统一的指令，所以要对外设地址进行内存映射。也就是说，通过一张表将I/O地址映射到内存空间中来，这部分工作是在系统初始化期间完成的。

在IDE子系统初始化期间，Linux系统一旦发现一个IDE控制器，就设置它的ide_hwif_t结构来反映这个控制器和与之相连的磁盘；向Linux的VFS登记每一个控制器，并分别把它加到blk_dev和blkdevs向量表中；请求控制适当的IRQ中断(主IDE控制器是14，次IDE控制器是15)和I/O空间(主控制器0x1f0，次控制器0x170)：为每一个找到的IDE控制器在gendisk列表中增加一个条目。

IDE硬盘的初始化工作由idedisk_init完成：

(1)在数组ide_hwifs中找出已登记得各IDE控制器控制的所有IDE硬盘(一个控制器最多控制两个硬盘)，每个IDE硬盘对应一个ide_drive_t结构。

(2)对找到的每个IDE硬盘，调用函数ide_register_subdriver填写各IDE硬盘结构中的相关信息域，主要是填写其驱动程序结构ide_driver_t。硬盘驱动中的函数do_rw_disk通过向磁盘控制寄存器写参数启动磁盘 *** 作，完成真正的数据读写。

(3)对找到的每个IDE硬盘，调用函数idedisk_setup进一步设置其ide_drive_t结构，包括设置该结构的setTIngs域、doorlocking域、cyl、head、sect域、id域等。

5.2

打开设备

打开块设备的 *** 作与打开普通文件的 *** 作基本相同。

(1)在当前进程的文件描述符表中为打开文件找一个空位，申请一块内存，用于建立新文件的打开文件对象，即结构file。

(2)解析设备特殊文件名，获得其VFSinode和dentry结构，根据dentry结构填写file结构，尤其是将file结构的f_op域设为其VFSinode中的缺省文件 *** 作。

(3)执行该文件 *** 作集中的open *** 作，即blkdev_open，它根据设备特殊文件的主次设备号从blkdevs向量表中取出已经注册的文件 *** 作集(file_operaTIons)fops，用该结构代替file结构中的f_op域。

(4)执行中新文件 *** 作集中的open *** 作，即bl带头kdev_open，它根据VFS

inode中的i_rdev域查找数组ide_hwifsp[]，从中找出该IDE硬盘所对应的ide_drive_t结构；如果ide_drive_t结构中注册有驱动程序，执行驱动程序集中的open *** 作。