当某个Interval定义为NDP,在执行这个Interval动作时,只是简单地延时,用来确定产生指定电平的延续时间;而当Interval定义为DP时,它将根据RDY0～RDY5上的输入信号状态,以及内部FIFO的可编程标志和一个内部自定义的Internal Ready标志,将这些信号进行逻辑与、逻辑或,或是进行逻辑异或,根据得到的逻辑结果在I0～I6中选择下一个即将执行的Interval。在每个Interval执行时,都可指定CTL0～CTL5输出用户指定的状态。通过RDY和CTL以及内部一些标志位的组合,能完成各种复杂的时序电路的控制。

1.3 ATA接口

    ATA[3]接口是在ST506基础上改进而成的,它将控制器集成到驱动器中,采用8个端口寄存器完成对硬盘的读写。这些端口寄存器统称为命令块寄存器,各寄存器功能见表1。ATA有两种工作模式:PIO模式和DMA模式。PIO传输模式是由处理器负责信息的传输,以扇区为单位,用中断请求方式与处理器进行数据交换。DMA传输模式分多点DMA和UDMA两种方式,其不需要处理器参与整个数据传输过程,而由I/O口直接将数据传送到存储器中,从而节约大量CPU时间,可更好地处理其他事务。UDMA中采用了冗余校验技术(CRC)。控制器对硬盘的操作分为两种:8位数据的命令操作和16位数据的数据传输操作。在对硬盘输出控制命令前,程序需对端口完整输出7字节的命令块。其中前六个端口输出为参数,最后一个端口为命令码。在读写数据端口时,以512个字节作为数据块进行读写。硬盘执行命令后,发出中断请求,表示操作结束(命令传输);或置控制器状态空闲,表示扇区请求传输(数据传输)。然后,控制器读取硬盘状态寄存器,检测硬盘操作的成功与否。操作正常,则进行下一次动作;否则,进入错误处理程序。状态寄存器各位信息描述见表2。

2 GPIF与ATA接口的硬件连接

    GPIF与ATA接口的连接见表3。

其中PB[0..7]和PD[0..7]是双向FIFO数据线,用来连接数据线DD[0..15],进行数据的传送;PA3连接RESET信号线,对硬盘进行复位操作;ADR[0..2]与DA[0..2]连接,对寄存器选址;RDY0、RDY1分别与IORDY、IOCS16连接,使FIFO分别工作在8位的命令传输和16位的数据传输模式下。

3 软件设计流程

    GPIF的程序存储区可存储4组波形的程序代码。一般情况下存储的4组波形分别用于单字节读、单字节写、多字节连续读、多字节连续写。对不同寄存器的读写操作将触发指定波形程序代码的执行,例如:读SGLDATLTRIG寄存器,GPIF将执行单字节读操作;而写SGLDATLTRIG寄存器,GPIF则执行单字节写操作。当GPIF处于IDLE方式时,可以对程序区进行读写操作,从而改变波形程序。对GPIF的编程,可采用CYPRESS公司提供的一个基于Windows界面的开发工具。这个工具使得对GPIF的编程成为一个填表式的选择过程。对所有选项选择完毕后,它将自动生成C51的源代码,完成初始化过程。现分别以EZ-USB FX系列和EZ-USB FX2系列中的GPIF为例,实现ATA接口中的PIO工作模式和UDMA工作模式。

    在EZ-USB FX系列里,FIFO只有64字节大小,BULK端点BUFFER最大也只能设置为64字节。因此,用此系列的GPIF实现ATA接口的PIO模式比较合适。GPIF程序存储区分别存储单字节读、单字节写、多字节连续读、多字节连续写4条波形程序。单字节读、写操作时,选择数据宽度为8位,完成命令传输操作。多字节读、写操作时,选择数据宽度为16位,完成数据传输操作。USB数据上传给PC机,采用BULK方式。在EZ-USB FX系列中,端点2支持BULK方式,且可以设置成双缓冲模式。单字节读过程中,总线宽度为8位,RDY0信号接IORDY引脚,在每个Interval中可以根据选定的PIO模式指定合适的延时,也可以对IORDY信号采样,直到指定状态出现才继续动作。图3是根据PIO模式4采用GPIF产生的单字节读波形。单字节写波形的编程类似于单字节读过程,如图4所示。单字节操作一般用在命令传输中,数据传输则采用多字节读写操作,此时FIFO宽度为16,长度为64字节。与单字节操作不同的是,多字节读写操作在一次读写操作完成后,自动开始下一次读写操作,不需要再次触发,直到完成指定的次数,从而减少了CPU参与的时间。在对一个扇区进行操作时,总共需要连续进行256次读写。为此,设计一个连续64次读写的多字节读写操作程序,调用4次,则完成对一个扇区的读写。PIO模式流程图如图5所示。