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DZ058基于IDE接口的电子硬盘设计,毕业设计

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基于 IDE 接口的电子硬盘 专业：通信工程 学号： 1002553 姓名：陈 旭 指导老师：杨明静 中文摘要 闪速存储器（ Flash Memory） 是一类非易失性存储器 NVM（ Non-Volatile Memory） 。它和 电可编程只读存储器 (EPROM)相比，具有 电可擦除和可重复编程 以及 成本低、密度大 等优势，因此，虽然 闪速存储器 在世界存储器市场出现仅仅几年的时间，但它已经逐渐开始取代 动态随机存取存储器 （ DRAM）， 静态存储器（ SRAM）和 电可编程只读存储器 （ EPROM），成为构成存储介质的主流。 Flash Memory 可用作固态大容量存储器 ，且 这种存储器 与普通硬盘相比，具有 体积小、重量轻 、 可 靠 性及耐用性 好， 抗冲击、抗 震动 能力 强， 功耗 低 等优点 。因此，随着 Flash Memory 集成度不断提高，价格 不断 降低，使其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能 。由于目 前研制的 Flash Memory 都符合 个人计算机存储卡国际协会 （ PCMCIA） 标准， 因此这种存储器 可以十分方便地用于各种便携式计算机中以取代磁盘 。本次设计的电子硬盘，就是一款基于 IDE 接口的使用Flash Memory 作为存储介质的固态盘 SSD(Solid State Disk)。 本次设计的电子硬盘，由 44pin 标准 IDE 接口、供电电路、硬盘控制器和Flash Memory 芯片构成。 44pin 标准 IDE 接口完全符合最新的 ATA133 标准，可以与现在主流的笔记本电脑主板完全兼容，也可以通过简单的转接口与常用 PC 机主板兼容。 供电电路采用的 AME 公司生产的 AME8800，它具有低压降、误差在 1.5%以内的 300MA 稳定输出和自动过温保护和过流保护功能。 硬盘控制器使用的是 SST 公司生产的 SST55LD019A，它具有低功耗（工作电压 3.3v-5v）、主 机读取速度快（最快可达 10M/s）、稳定性好（可在 -40C -85C的工业环境下稳定运行）、兼容性好（支持 PIO Mode-4、 Multi-word DMA Mode-2两种最新的传输模式，兼容标准 NAND 型 Flash Memory）等优点。 Flash Memory芯片采用的是 2片三星公司生产的 K9F5608U0B，该芯片为 NAND型 Flash Memory，单片容量为 32M*8bit。 本次设计采用 Orcad 9.2 进行原理图绘制，并使用 PowerPCB 5.1 进行 PCB布板和覆铜，计划使用双层板，所 有元件均采用贴片类型。 关键词：闪速存储器， 44pin 标准 IDE 接口，硬盘控制器，供电电路 ntsAn Electronic Hard Disk Based On IDE Interface Abstract Flash Memory is a kind of Non-Volatile Memory. Compared with EPROM，Flash Memory has superiorities such as capabilities of electronic erasing & reprogramming, low cost, high density, therefore, although Flash Memory has only been in the world memory market for a few years, it has begun to replace DRAM, SRAM & EPROM, become the mainstream of memory medium. Flash Memory can be used to make up of solid memorizer big volume. Compared to the common hard disk, this memorizer has less volume, lighter weight, lower consumption, higher reliability & durableness and stronger capability of anti- concussion. So, as the integration improves & the price falls, its possible that solid disk made of Flash Memory replaces the small volume common hard disk in the portable computer. The Flash Memory excogitated recently is accordant with PCMCIA standard, which makes this memorizer take up of the common hard disk in every kind of portable computers very easily. The electronic hard disk based on IDE interface I designed is a kind of Solid State Disk which is made of Flash Memory. This disk is composed of 44pin standard IDE interface, power supply circuit, ATA hard disk controller and Flash Memory chip. The 44pin standard IDE interface is entirely accordant with the newest ATA133 standard, which can be compatible with the motherboard of recently portable computer. It also can be compatible with the common PC motherboard by a simple commutator. The power supply circuit is based on AME8800 made by AME Company. It has such features as low dropout voltage, accurately to guarantee 300mA output within 1.5% and auto over-temperature & over-current shutdown protection. I choose the chip SST55LD019A made by SST Company to be the ATA hard disk controller, which has the advantages such as low power (3.3v-5v), Fast Sustained Flash-to-Host Read Performance (up to 10M/s), high reliability (can be work steadily in industrial environment between -40C to 85C ), good compatibility (be compatible with PIO Mode-4 & Multi-word DMA Mode-2, with standard NAND Flash Memory). Two pieces of chip K9F5608U0B are used as the Flash Memory chip, which are standard NAND Flash Memory. The volume of each is 32M*8bit. The elements pictures are draw in the software Orcad v9.2. The PCB design & the copper flooding are done in the software PowerPCB v5.1. I plan to make a PCB with double layer, and the entire components used are decals. Keywords: Flash Memory, 44pin standard IDE interface, ATA hard disk controller, power supply circuit nts基于 IDE 接口 的电子硬盘 设计 一、闪存（ Flash Memory）技术发展现状 闪速存储器（ Flash Memory）是一类非易失性存储器 NVM（ Non-Volatile Memory）即使在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如 DRAM、 SRAM 这类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失 1。 Flash Memory 集中了其它类非易失性存储器的特点：与EPROM 相比较，闪速存储器具有明显的优势 在系统中具有电可擦除和可重复编程的特性，而不需要特殊的高电压（某些第一代闪速存储器也要求高电压来完成 擦除和 /或编程操作）；与 EEPROM 相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点。其独特的性能使其广泛地运用于 各种 嵌入式系统，如 PC 及外设、电信交换机、蜂窝电话、网络互联设备、仪器仪表和汽车器件，同时还包括新兴的语音、图像、数据存储类产品，如数字相机、数字录音机和个人数字助理（ PDA） 2。 目前全球各大 Flash Memory 生产商采用的主流技术为 NAND 和 AND 两种。 1、 NAND 技术 Samsung、 TOSHIBA 和 Fujistu 支持 NAND 技术 Flash Memory。这种结构的闪速存储器适合于纯数 据存储和文件存储，主要作为 SmartMedia 卡、 CompactFlash 卡、 PCMCIA ATA卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。 NAND 技术 Flash Memory 具有以下特点：（ 1）以页为单位进行读和编程操作， 1 页为256 或 512B（字节）；以块为单位进行擦除操作， 1 块为 4K、 8K 或 16KB。具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是 2ms；而 NOR 技术的块擦除时间达到几百 ms。（ 2）数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。（ 3）芯片尺寸小，引脚少，是 位成本 (bit cost)最低的固态存储器，将很快突破每兆字节 1 美元的价格限制。（ 4）芯片包含有失效块，其数目最大可达到 335 块（取决于存储器密度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来 3。 2、 AND 技术 AND 技术是 Hitachi 公司的专利技术。 Hitachi 和 Mitsubishi 共同支持 AND 技术的Flash Memory。 AND 技术与 NAND 一样采用“大多数完好的存储器”概念，目前，在数据和文档存储领域中是另一种占重要地位的闪速存储技术。 Hitachi 和 Mitsubishi 公司采用 0.18 m 的制造工艺，并结合 MLC 技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的 512Mb-AND Flash Memory，再利用双密度封装技术DDP（ Double Density Package Technology），将 2 片 512Mb 芯片叠加在 1 片 TSOP48 的封装内，形成一片 1Gb 芯片。 HN29V51211T 具有突出的低功耗特性，读电流为 2mA，待机电流仅为 1 A，同时由于其内部存在与块大小一致的内部 RAM 缓冲区，使得 AND 技术不像nts其他采用 MLC 的闪速存储器技术那样写 入性能严重下降 4。 存储器的发展都具有更大、更小、更低的趋势，这在闪速存储器行业表现得尤为淋漓尽致。随着半导体制造工艺的发展，主流闪速存储器厂家采用 0.18 m，甚至 0.15 m 的制造工艺。借助于先进工艺的优势， Flash Memory 的容量可以更大： NOR 技术将出现 256Mb的器件， NAND 和 AND 技术已经有 1Gb 的器件；同时芯片的封装尺寸更小：从最初 DIP 封装，到 PSOP、 SSOP、 TSOP 封装，再到 BGA 封装， Flash Memory 已经变得非常纤细小巧；先进的工艺技术也决定了存储器的低电压的特性 ，从最初 12V的编程电压，逐渐下降到 5V、 3.3V、2.7V、 1.8V 单电压供电。这符合国际上低功耗的潮流，更促进了便携式产品的发展 5。 另一方面，新技术、新工艺也推动 Flash Memory 的位成本大幅度下降：采用 NOR 技术的 Intel 公司的 28F128J3 价格为 25 美元， NAND 技术和 AND 技术的 Flash Memory 将突破 1MB 1 美元的价位，使其具有了取代传统磁盘存储器的潜质。 世界闪速存储器市场发展十分迅速，其规模接近 DRAM 市场的 1/4，与 DRAM 和 SRAM 一起成为存储器市场的三大产品。 Flash Memory 的迅猛发展归因于资金和技术的投入，高性能低成本的新产品不断涌现，刺激了 Flash Memory 更广泛的应用，推动了行业的向前发展。 由于 Flash Memory 可用作固态大容量存储器 ，且它与普通硬盘相比， 可 靠 性及耐用性好， 抗冲击、抗振动能力 强， 功耗 低。因此，随着 Flash Memory 集成度不断提高，价格不断 降低，使其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能 6。目 前研制的 Flash Memory 都符合 PCMCIA 标准，可以十分方便地用于各种便携式计算机中以取代磁盘。 以车载系统为例：作为 车载系统信息集成的硬件平台 GPS 车载导航仪需要快速读取硬盘中的地理信息数据、查询路网数据库和执行路径选优算法等。大容量存储器因为要与 CPU 进行频繁的通信、进行高速协调工作，它的可靠程度直接决定了导航仪的可靠性。采用磁原理的普通 PC 机硬盘，抗振动能力差、易于损坏，不适于车载。因此，大容量的采用 Flash Memory 的电子硬盘是一个比较理想的选择 7。 二、设计方案可行性分析 本次设计的 Flash 硬盘是一种固态盘 SSD(Solid State Disk)。它主要包括具有标准IDE 接口的 DSP 控制器 MX9691、程序存储器和 16 片 128Mbit 的 Flash 存储器芯片。因为全部采用电子元件，它的抗振动性和平均无故障间隔时间 (MTTF)均比普通硬盘高一个数量级 (采用 Bellcore 或 Mil-spec 方法 )。 硬盘控制器采用的是旺宏公司生产的电子硬盘专用控制器 MX9691L，为 128 脚 LQFP 封装，具有宽工作电压范围 3.35V，可提供标准的 PCMCIA 和 IDE 接口。它的内部包括 MX93011的 DSP 内核 21MIPS、 1KB 的缓冲数据区、 PCMCIA/ATA 接口、 Flash 存储器接口和时钟、复位电路等。 采用 MX9691 作为 Flash 硬盘的驱动控制器有很多优点。 MX9691 为旺宏公司生产的专nts用硬盘驱动控制芯片，优化功能强大，没有冗余模块且封装紧凑，便于进一步小型化和降低功耗。 MX9691 与三星公司的 Flash 存储芯片兼容性好，不需再增加其它电路，因此可靠性高。旺宏公司对 MX9691 有强大的软件支持，很多固件可以直接购买。因为 MX9691 支持在线编程，升级和维护非常简单。另外， MX9691 为低功耗设计，它有 3 种节电模式： Idle、Standby 和 Sleep。 MX9691 可以通过查询自己的工作状态，自动进入相应的节电模式 ，因此功耗很低。 图 1 为其功能框图。 Flash 芯片采用的是三星公司生产的 KM29U128T。它是 48 脚表面封装器件，内部具有(16M+512K) 8bit 的存储空间，共 32768 行， 528 列，其中后备的 16 列位于 512 列到 527列。它内部有一个 528 字节的数据寄存器，可以用于页读、页编程操作时数据的存储转换。它可以进行 528 字节为一页的页读和写操作，并可以进行以 16K 为一块的块擦除操作。 KM29U128T 的突出优点在于：命令、地址和数据信息均通过 8 条 I/O 线传输，寻址单元的地址线不作为芯片的引出脚， 24 位地址分三次写入地址锁存器，译码后找到相应的单元。 Flash 硬盘工作原理框图如图 2 所示，硬盘控制器 MX9691 是 CPU 与 Flash 存储器进行数据交换的控制通道。数据交换不仅可以采用程序控制方式和中断控制方式，还可以采用直接存储器存取方式 (DMA)。在 DMA 方式下， MX9691 内部的 DMA 控制器利用数据缓冲区可以与 IDE 适配器直接进行数据高速交换。因为采用周期窃取技术 (cycle stealing) 使得数据传送工作对系统总线具有较高的使用权。因为采用高速的 MX93011 DSP 内核 (21Mips)，进行主机到缓冲区的突发数据传送时速率可以达到 20MB/s。 同时， MX9691 还支持 PIO 模式 4(16.6MB/s)和 DMA 模式 2(16.6MB/s) nts 图 2 Flash 硬盘工作原理框图 硬盘控制器在与 Flash 存储器进行数据通信操作时，数据已被放入内存中， MX9691 首先把内存中的数据读入内部高速缓存中，然后通过识别接收的指令类型和查询 FAT 得到要寻址的 Flash 存储器的编号。在对 Flash 存储器进行写操作前，先把要写入的信息依次放到数据总线上，经过 TW a-ce 的时间，待数 据 (包括指令、地址和数据 )稳定后，通过对要寻址的 Flash 存储器编号的解码，从端口 601FH 输出 FCE 片选信号选中相应的 Flash 芯片。在 WR和 WRFLASH同时有效时，数据被写入相应的 Flash 存储单元中。读操作与此类似。 Flash 存储器读写时序如图 3 和图 4 所示。 图 3 Flash 存储器读 时序图 IDE 接口控制器 IOW IOR REG HA0 HA1 标 准 IDE 接 口 复位电路 IOW# A0 A7 IOR# REG# HA0# HA1# A8 A15 MX9691L FCE# RDFLASH# WRFLASH# ROMWR# FALE# RD# FCLE# ROMCS 复位电路 CS 程序存储器 RD MX28F2100T WR 数据总线驱动器 74F245 数据总线驱动器 74F245 控制总线 驱动器 74F244 D0 D7 D8 D15 K9F5608U0B CE RD WR ALE CLE nts 图 4 Flash 存储器写时序 图 MX28F2100T 为程序存贮器，它通过标准 ATA 接口经编译的可执行文件可以对它直接在线编程。 74F245 和 74F244 为总线驱动器，在所选 Flash 存储器较多时 可以提高总线驱动能力。 目前， Flash Memory 已经成为制作电子硬盘的主流介质，如果是制作容量在 2MB 以下的电子硬盘可以选用 27/28/29 系列的芯片，单片容量在 512KB，成本只有几十元，若需要更大容量，就必需采用高密度 Flash，也就是 NAND 型的 Flash8。这种 Flash 起点价格较高，但起点容量更高，最小的 4MB、 8MB 已经停产，一般是 16MB（相当于 128Mbit）起步，所以每 MB 的价格相对而言比较划算。随着 PC 机技术的进步，老式的 ISA 插槽越来越少，即将淘汰，所以 ISA 插卡的产品继续做 成插卡式的话必须向 PCI 转型。在这一形势下，采用 IDE 接口的电子硬盘应运而生，可以说 IDE 接口的电子硬盘更接近普通硬盘， ISA 卡式电子硬盘主要有 Flash 和逻辑电路组成，只是将 Flash 映射到 PC 机内存区，例如 0xd800，开一个窗口实现读写，驱动程序是 ROMBIOS 的扩展。 IDE 接口的电子硬盘除了使用 Flash外，还有专门提供 IDE 接口的 CPU 和为提高访问速度而设置的 Cache，所以有更好的性能表现，安装 IDE 接口的电子硬盘和普通硬盘完全相同。 IDE 接口电子硬盘从安装方式而言可以分两种，一种是模块结构，体 积小巧，另一种外观与普通硬盘一样的。模块结构比较便宜，普通硬盘结构价格稍贵，一般工程客户应该选用模块结构的以降低成本。 IDE 接口的电子硬盘由于容量较大，与硬盘直接互换，也就是说与操作系统无关，故非常适合用于信息家电场合，装载 Windows 核心程序、 Linux 系统及相应的应用程序诸如浏览器、电子邮件程序等等，此外还有工业控制、嵌入式系统等专门领域用到的多种操作系统，只要能用普通硬盘的地方， IDE 接口的电子硬盘都能胜任，这些系统举例如下： Linux, QNX, Informac, Lineo and Linux Based OS,PSOS, VxWorks, iRMX, Super Task ,Windows NT, Embedded NT, Win95/98/2000, Win CE, DOS 5.0/6.22 等等 9。 三、总结 虽然， Flash Memory 进入非易失性存储器领域只有几年的时间，但其凭借密度大、体积小、重量轻、抗震性好以及功耗低的优点和电可擦除和可重复编程的技术特性已经在嵌nts入式系统（如 PC 及外设、电信交换机、仪器仪表和车载系统）、军用武器系统（雷达和导航系统）和各种新兴的通信设备（如手机、 传真，网络适配器）中得到广泛应用。正如有人预言的那样： Flash Memory 现在正处于发展的起步阶段，它必将在未来的几十年里得到更加迅猛的发展 10。 nts参考文献 1G.Campardo, R.Micheloni. Architecture of nonvolatile memory with multi-bit cells. Microelectronic Engineering, 59 (2001). 173-181 2D.Ielmini, A.S.Spinelli and A. L. Lacaita. Recent developments on Flash memory reliability. Microelectronic Engineering, 80 (2005). 321-328 3Jung-HoonLee, Gi-Ho Park, Shin-Dug Kim. A new NAND-type flash memory package with smart Buffer system for spatial and temporal localities. Journal of Systems Architecture, 51 (2005). 111 123 4C.GOLLA and S.GHEZZI. Flash Memory Architecture, 1998, Elsevier Science Ltd. 5M.L.Chiang, R.C.Chang, Cleaning policies in mobile computers using flash memory. The Journal of System and Software, 48 (1999). 213-231 6Roberto Bez, Agostino Pirovano. Non-volatile memory technologies: Emerging concepts and New Materials Science in Semiconductor Processing. Microelectronic Engineering, 7 (2004). 349-355 7王广运 ,郭秉义 ,李洪涛 . 差分 GPS 定位技术与应用 . 北京：电子工业出版社 , 1996.3 8Taishi Kubota, Kohichi Ando, Satoru Muramatsu. FLASH memory data retention reliability and the floating gate/tunnel SiO, interface characteristics. Applied Surface Science, 117/l 18 (1997) 253-258 9P. CAPPELLETTI. Flash memory reliability. 1998, Elsevier Science Ltd. 10李力 . 闪速存储器技术 现状及发展趋势 . 湖南计算机股份有限公司 nts福州大 学本科生毕业设计 (论文 ) 0 目录 第一章 绪论 1 第二章 闪速存储器简介 2 2.1 闪速存储器的产生和发展 2 2.2 闪速存储器的主要技术类型 2 2.3 闪速存储器的结构和功能特点 5 2.4 闪速存储器的工作模式 7 2.5 闪速存储器在大容量存储器领域的应用 7 第三章 设计方案收集和选择 9 3.1 设计思路 9 3.2 方案 1 简介 9 3.2 方案 2 简介 13 2.3 方案比较和最终选择 15 第四章 设计步骤 17 4.1 绘制设计原理图 17 4.1.1 Orcad 软件简介 17 4.1.2 在 Orcad 中制作芯片封装 17 4.1.3 放置元件及连线 20 4.1.4 原理图 CRC 校验及检错 21 4.1.5 创建网表 23 4.2 绘制 PCB 板图 23 4.2.1 PowerPCB 软件简介 23 4.2.2 在 PowerPCB 中制作芯片封装 24 4.2.3 导入原理图网表 27 4.2.4 手动布线 27 4.2.5 覆铜 29 第五章 作品调试及结论 31 5.1 调试步骤 31 5.2 结论 32 5.3 对设计结果的分析和对作品改进方面的考虑 32 谢辞 33 参考文献 34 附录 35 nts基于 IDE 接口的电子硬盘设计 1 第一章 绪论 电子硬盘 (IDE Flash Disk)是具备高效能，高稳定度的快速记忆体储存媒体元件，是时下效能成本比最优异的记忆体储存媒体解决方案。电子硬盘能提供原始的、高性能的和高可靠的数据储存，即使是在恶劣的条件下工作 恶劣的温度、撞击、震动、干扰等，也不会对数据构成威胁。它克服了机械硬盘的弊病，广泛 应 用于工业控制、公共安全、电信、军工、航空等高可靠 性的数据领域，且由于它体积小、存储空间灵活、费用低，也广泛地应 用于民用领域。 电子硬 盘中使用的存储芯片是闪速存储器 Flash Memory，它是一种最早由 Intel 公司于 20 世纪 80 年代初开发的具有优良电可擦除和可重复编程特性的新型存储器。虽然进入世界存储器市场仅仅几年，但它凭借着优良的特性已经逐渐开始取代传统的 EPROM、 DRAM和 SRAM，占据了十分重要的市场份额。随着新技术、新工艺的不断发展， Flash Memory集成度不断提高，价格 不断 降低， 这使得 其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能 。 本次设计的电子硬盘是一种由硬盘控制器（ SST55LD019A）、供电电路（ AME8800）、 Flash Memory 芯片（ 2*K9F5608U0B）和 44pin 标准 IDE 接口组成的固态盘。它的优点是结构简单、外形轻巧、功耗较低、抗震性好，可广泛应用于各种 嵌入式系统（如 PC 及外设、电信交换机、仪器仪表和车载系统）、军用武器系统（雷达和导航系统）和各种新兴的通信设备（如手机、传真，网络适配器）中 。 本次设计的 目的在于实现电子硬盘在台式机和便携式计算机中替代普通硬盘的功能，因此，该 电子硬盘在接口方面 选 用了兼容便携式电脑主板的 44pin 标准 ATA 接口，并可以通过转接口与台式机主板实现兼容。 nts福州大 学本科生毕业设计 (论文 ) 2 第 二 章 闪速存储器简介 2.1 闪速存储器的产生和发展 闪速存储器又称快擦写型存储器、快闪存储器、闪烁存储器，是 20 世纪 80 年代末期Intel 公司发明的一种具有高密度、低成本、非易失性等特点的读 /写半导体存储器。它突破了传统的存储器体系，改善了现有存储器的特性，因而是一种全新的存储技术 1。 存储器的发展都具有更大、更小、更低的趋势，这在闪速存储器行业表现得尤为淋漓尽致。随着半导体制造工艺的发展，主流闪速存储器厂家采用 0.18 m，甚至 0.15 m 的制造工艺。借助于先进工艺的优势，闪速存储器的容量可以更大： NOR 技术将出现 256Mb的器件， NAND 和 AND 技术已经有 1Gb 的器件；同时芯片的封装尺寸更小：从最初 DIP 封装，到 PSOP、 SSOP、 TSOP 封装，再到 BGA 封装，闪速存储器已经变得非常纤细小巧；先进的工艺技术也决定了存储器的低电压的特性，从最初 12V 的编程电压，逐渐下降到 5V、 3.3V、2.7V、 1.8V 单电压供电。这符合国际上低功耗的潮流，更促进了便携式产品的发展 2。 另一方面，新技术、新工艺也推动闪速存储器的位成本大幅度下降：采用 NOR 技术的Intel 公司的 28F128J3 价格为 25 美元， NAND 技术和 AND 技术的闪速存储器将突破 1MB 1美元的价位，使其具有了取代传统磁盘存储器的潜质。 世界闪速存储器市场发展十分迅速，其规模接近 DRAM（动态随机存取存储器）市场的1/4，与 DRAM 和 SRAM（静态 随机存取 存储器）一起成为存储器市场的三大产品。闪速存储器的迅猛发展归因于资金和技术的投入，高性能低成本的新产品不断涌现，刺激了闪速存储器更广泛的应用，推动了行业的向前发展。 2.2 闪速存储器的主要技术类型 目前，世界各大存储器制造商在闪速存储器中主要采用的技术有 NOR、 AND、 NAND 和EEPROM 派生等。 1、 NOR 技术 NOR 技术又可分为 NOR 和 DINOR 两种： NOR 技术： NOR 技术亦称为 Linear 技术。采用 NOR 技术的闪速存储器是最早出现的Flash Memory，目前仍是多数供应商支持的技术架构。它源于传统的 EPROM 器件，与其它Flash Memory 技术相比，具有可靠性高、随机读取速度快的优势，在擦除和编程操作较少而直接执行代码的场合，尤其是纯代码存储的应用中广泛使用，如 PC 的 BIOS 固件、移动电话、硬盘驱动器的控制存储器等。 NOR 技术 Flash Memory 具有以下特点：（ 1） 程序 和数据可存放在同一芯片上，拥有nts基于 IDE 接口的电子硬盘设计 3 独立的数据总线和地址总线，能快速随机读取，允许系统直接从 Flash 中读取代码执行，而无需先将代码下载至 RAM 中再执行；（ 2） 可以单字节或单字编程，但不能单字节擦除，必须以块为单位或对整片执行擦除操作，在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和擦除操作。由于 NOR 技术 Flash Memory 的擦除和编程速度较慢，而块尺寸又较大，因此擦除和编程操作所花费的时间很长，在纯数据存储和文件存储的应用中， NOR技术显得力不从心。不过，仍有支持者在以写入为主的应用，如 CompactFlash 卡中继续看好这种技术。 Intel 公司的 StrataFlash 家族中的最新成员 28F128J3，是迄今为止采用 NOR 技术生产的存储容量最大的闪速存储器件，达到 128Mb（位），对于要求程序和数据存储在同一芯片中的主流应用是一种较理想的选择。该芯片采用 0.25 m 制造工艺，同时采用了支持高存储容量和低成本的 MLC 技术。所谓 MLC 技术（多级单元技术）是指通过向多晶硅浮栅极充电至不同的电平来对应不同的阈电压，代表不同的数据，在每个存储单元中设有 4个阈电压 (00/01/10/11），因此可以存储 2b 信息；而传统技术中，每个存储单元只有 2 个阈电压（ 0/1），只能存储 1b 信息。在相同的空间中提供双倍的存储容量，是以降低写性能为代价的。 Intel 通过采用称为 VFM（虚拟小块文件管理器）的软件方法将大存储块视为小扇区来管理和操作，在一定程度上改善了写性能，使之也能应用于数据存储中。 DINOR 技术： DINOR(Divided bit-line NOR)技术是 Mitsubishi 与 Hitachi 公司发展的专利技术，从一定程度上改善了 NOR 技术在写性能上的不足。 DINOR 技术 Flash Memory和 NOR 技术 一样具有快速随机读取的功能，按字节随机编程的速度略低于 NOR，而块擦除速度快于 NOR。这是因为 NOR 技术 Flash Memory 编程时，存储单元内部电荷向晶体管阵列的浮栅极移动，电荷聚集，从而使电位从 1 变为 0；擦除时，将浮栅极上聚集的电荷移开，使电位从 0 变为 1。而 DINOR 技术 Flash Memory 在编程和擦除操作时电荷移动方向与前者相反。 DINOR 技术 Flash Memory 在执行擦除操作时无须对页进行预编程，且编程操作所需电压低于擦除操作所需电压，这与 NOR 技术相反。 尽管 DINOR 技术具有针对 NOR 技术的优势，但由于自身技术和工艺等因素的限制，在当前闪速存储器市场中，它仍不具备与发展数十年，技术、工艺日趋成熟的 NOR 技术相抗衡的能力。目前 DINOR 技术 Flash Memory 的最大容量达到 64Mb。 Mitsubishi 公司推出的DINOR 技术器件 M5M29GB/T320，采用 Mitsubishi 和 Hitachi 的专利 BGO 技术，将闪速存储器分为四个存储区，在向其中任何一个存储区进行编程或擦除操作的同时，可以对其它三个存储区中的一个进行读操作，用硬件方式实现了在读操作的同时进行编程和擦除操作，而无须 外接 EEPROM。由于有多条存取通道，因而提高了系统速度。该芯片采用 0.25 m 制造工艺，不仅快速读取速度达到 80ns，而且拥有先进的省电性能。在待机和自动省电模式下仅有 0.33 W 功耗，当任何地址线或片使能信号 200ns 保持不变时，即进入自动省电模式。对于功耗有严格限制和有快速读取要求的应用，如数字蜂窝电话、汽车导航和全球定位系统、掌上电脑和顶置盒、便携式电脑、个人数字助理、无线通信等领域中可以nts福州大 学本科生毕业设计 (论文 ) 4 一展身手。 2、 NAND 技术 NAND 技术又可分为 NAND 和 UltraNAND 两种： NAND 技术： 三星（ Samsung） 、 东芝（ TOSHIBA） 和 富士（ Fujistu） 支持 NAND 技术Flash Memory。这种结构的闪速存储器适合于纯数据存储和文件存储，主要作为 SmartMedia卡、 CompactFlash 卡、 PCMCIA ATA 卡、固态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。 NAND 技术 Flash Memory 具有以下特点：（ 1） 以页为单位进行读和编程操作， 1 页为256 或 512B（字节）；以块为单位进行擦除操作， 1 块为 4K、 8K 或 16KB。具有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是 2ms；而 NOR 技术的块 擦除时间达到几百 ms。（ 2） 数据、地址采用同一总线，实现串行读取。随机读取速度慢且不能按字节随机编程。（ 3） 芯片尺寸小，引脚少，是位成本 (bit cost)最低的固态存储器，将很快突破每兆字节 1 美元的价格限制。（ 4） 芯片包含有失效块，其数目最大可达到 335 块（取决于存储器密度）。失效块不会影响有效块的性能，但设计者需要将失效块在地址映射表中屏蔽起来。 Samsung 公司在 1999 年底开发出世界上第一颗 1Gb NAND 技术闪速存储器。据称这种 Flash Memory 可以存储 560 张高分辨率的照片或 32 首 CD 质量的歌曲，将成为下一代便携式信息产品的理想媒介。 Samsung 采用了许多 DRAM 的工艺技术，包括首次采用 0.15 m 的制造工艺来生产这颗 Flash。已经批量生产的 K9K1208UOM采用 0.18 m工艺，存储容量为 512Mb3。 UltraNAND AMD 与 Fujistu 共同推出的 UltraNAND 技术，称之为先进的 NAND 闪速存储器技术。它与 NAND 标准兼容：拥有比 NAND 技术更高等级的可靠性；可用来存储代码，从而首次在代码存储的应用中体现出 NAND 技术的成本优势；它没有失效块，因此不用系统 级的查错和校正功能，能更有效地利用存储器容量。 与 DINOR 技术一样，尽管 UltraNAND 技术具有优势，但在当前的市场上仍以 NAND 技术为主流。 UltraNAND 家族的第一个成员是 AM30LV0064，采用 0.25 m 制造工艺，没有失效块，可在至少 104 次擦写周期中实现无差错操作，适用于要求高可靠性的场合，如电信和网络系统、个人数字助理、固态盘驱动器等。研制中的 AM30LV0128 容量达到 128Mb，而AMD 的计划 UltraNAND 技术 Flash Memory 将突破每兆字节 1 美元的价格限制，更显示出它对于 NOR 技术的价格优势。 3、 AND 技术 AND 技术是 日立（ Hitachi） 公司的专利技术。 Hitachi 和 三菱（ Mitsubishi） 共同支持 AND 技术的 Flash Memory。 AND 技术与 NAND 一样采用“大多数完好的存储器”概念，目前，在数据和文档存储领域中是另一种占重要地位的闪速存储技术。 Hitachi 和 Mitsubishi 公司采用 0.18 m 的制造工艺，并结合 MLC 技术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的 512Mb-AND Flash Memory，再利用双密度封装技术nts基于 IDE 接口的电子硬盘设计 5 DDP（ Double Density Package Technology），将 2 片 512Mb 芯片叠加在 1 片 TSOP48 的封装内，形成一片 1Gb 芯片。 HN29V51211T 具有突出的低功耗特性，读电流为 2mA，待机电流仅为 1 A，同时由于其内部存在与块大小一致的内部 RAM 缓冲区，使得 AND 技术不像其他采用 MLC 的闪速存储器技术那样写入性能严重下降。 Hitachi 公司用该芯片制造 128MB的 MultiMedia 卡和 2MB 的 PC-ATA 卡，用于智能电话、个人数字助理、掌上电脑、数字相机、便携式摄像机、便携式音乐播放机等 4。 4、由 EEPROM 派生的闪速存储器 EEPROM 具有很高的灵活性，可以单字节读写（不需要擦除，可直接改写数据），但存储密度小，单位成本高。部分制造商生产出另一类以 EEPROM 做闪速存储阵列的 Flash Memory，如 ATMEL、 SST 的小扇区结构闪速存储器（ Small Sector Flash Memory）和 ATMEL的海量存储器（ Data-Flash Memory）。这类器件具有 EEPROM 与 NOR 技术 Flash Memory 二者折衷的性能特点：（ 1）读写的灵活性逊于 EEPROM，不能直接改写数据 。在编程之前需要先进行页擦除，但与 NOR 技术 Flash Memory 的块结构相比其页尺寸小，具有快速随机读取和快编程、快擦除的特点。（ 2）与 EEPROM 比较，具有明显的成本优势。（ 3）存储密度比 EEPROM 大，但比 NOR 技术 Flash Memory 小，如 Small Sector Flash Memory 的存储密度可达到 4Mb，而 32Mb 的 DataFlash Memory 芯片有试用样品提供。正因为这类器件在性能上的灵活性和成本上的优势，使其在如今闪速存储器市场上仍占有一席之地。 Small Sector Flash Memory 采用并行数据总线和页结构（ 1 页为 128 或 256B），对页执行读写操作，因而既具有 NOR 技术快速随机读取的优势，又没有其编程和擦除功能的缺陷，适合代码存储和小容量的数据存储，广泛地用以替代 EPROM。 DataFlash Memory 是 ATMEL 的专利产品，采用 SPI 串行接口，只能依次读取数据，但有利于降低成本、增加系统的可靠性、缩小封装尺寸。主存储区采取页结构。主存储区与串行接口之间有 2 个与页大小一致的 SRAM 数 据缓冲区。特殊的结构决定它存在多条读写通道：既可直接从主存储区读取数据 ，又可 通过缓冲区从主存储区读 取 或向主存储区写 入数据 ，两个缓冲区之间可以相互读 取 或写 入 ，主存储区还可借助缓冲区进行数据比较。适合于诸如答录机、寻呼机、数字相机等能接受串行接口和较慢读取速度的数据或文件存储应用。 2.3 闪速存储器的结构和功能特点 闪速存储器 是一类非易失性存储器 NVM（ Non-Volatile Memory） ，即 在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如 DRAM、 SRAM 这类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失。 闪速存储器 集中了其它类非易失性存储器的特点：与 EPROM（电可编程只读存储器） 相 比较，闪速存储器具有明显的优势 在系统中具有电可擦除和可重复编程的特性，而不需要特殊的高电压（某些第一代闪速存储器也要求高电压来完成擦除和 /或编nts福州大 学本科生毕业设计 (论文 ) 6 程操作）；与 EEPROM 相比较，闪速存储器具有成本低、密度大的特点 5。 闪速存储器的存储元电路是在 CMOS 单晶体管 EPROM 存储元的基础上制造的，因此集成度 高且具有非易失性。所不同的是， EPROM 借助紫外线擦除，而闪速存储器则实施了电擦除和重新编程能力，同时具有单一供电特性。由于其性能优于传统的 EPROM，所以得到了快速发展。 闪速存储器主要由存储体、地址缓冲 器、译码器、命令用户接口 （ CUI） 、状态标示寄存器、写状态 WSM、复接器和数据输入 /输出电路等逻辑电路构成。图 2-1 所示为闪速存储器的内部结构框图 ： 数据总线 . . . . . 图 2-1 闪速存储器的内部结构框图 存储体用于存放信息。为方便应用，闪速存储器将存储体中的存储单元分为各种功能模块，各模块的大小不等，存储内容不同，操作时各自独立。各模块分别占据整个闪速存储器芯片寻址空间的一部分，各块可以定义为不同的操作模式，可以单独进行编程，而不影响其他模块中的数据信息，所以闪速存储器可以很方便地对 数据实行块操作。 地址缓冲器和译码器用于对地址总线上的地址编码进行译码，以便对芯片中的存储单元进行寻址访问。闪速存储器通常采用双译码。 输入 /输出电路位于数据线和存储单元之间，用于控制被选中的存储单元的读出或写入。 命令用户接口 （ CUI） 负责闪速存储器外部用户命令与其内部写状态机之间的接口，由写状态根据外部输入到闪速存储器中的命令来控制整个存储芯片的各项操作。写状态机控制模块的擦除和页面编程操作，通过写入到命令用户接口 （ CUI） 中的命令来选择操作模式。写状态完成相应操作时，其状态反映在状态寄存器中。 状态 /标示寄存器提供芯片编程或擦除操作的各种状态信息 7。 控制信号 命令用户接口（ CUI） 写状态 WSM 状态 /标示寄存器 输入 /输出缓冲器 复接器 Y 门 存储体 地址总线 地 Y 译码器 址 锁 X 译码器 存 器 nts基于 IDE 接口的电子硬盘设计 7 2.4 闪速存储器的工作模式 闪速存储器的工作模式有多种，大体上可以分为写操作模式、读操作模式、输出禁止操作模式、在线等待模式和关闭电源模式。 读操作模式：闪速存储器具有 3 种读操作模式，分别针对存储阵列中数据信息的读取、状态寄存器 的读取和标示码的读取等，不同的读操作对应不同的命令。读操作前需要将各种读命令预先写入命令用户接口（ CUI）。在初始状态下，闪速存储器自动复位在读存储阵列模式。 写操作模式：在一定的编程电压下，通过命令用户接口（ CUI）实现 存储体中各存储模块信息的擦除、编程及其他操作。 在线等待模式：当片选信号处于某种状态（通常为高电平）时，芯片处于在线等待模式，该模式抑制了大部分电路，因而大大降低了器件的功耗，数据引脚也处于高阻状态。例如，在块擦除或块编程期间，如果 原来 被选中的存储块后来被取消，此时其内部控制电路仍然维持有功电流，芯片功耗降至在线等待状态，直至当前操作结束。 输出禁止操作模式：芯片的输出允许控制端处于某种状态（通常为高电平）时，芯片被禁止输出，数据输出引脚置于高阻状态 。 关闭电源模式：关闭电源模式实际上是非工作状态。在 这种状态中，芯片功耗最低，数据输入和输出引脚均处于高阻状态。闪速存储器一般有数据保护功能，可以对其中的数据进行保护。如果工作中发生掉电情况，通过对存储体中每个分块对应的锁定位的设置，可以决定能否对块中的数据进行修改。另外，大多数闪速存储器还有一个写保护引脚，该引脚有效时，可以将闪速存储器设为只读状态，禁止对锁定位对应的存储块进行任何修改8。 2.5 闪速存储器在大容量存储器领域的应用 在现阶段，闪速存储器除了取代 EPROM 和 EEPROM 来存放主板和显卡 的 BIOS（基本输入 /输出系统）外，还广泛应用于便携 式计算机的 PC 卡存储器（固态硬盘）。闪速存储器芯片耗电低、集成度高、体积小、可靠性高，且读取速度大大高于硬盘驱动器，加之没有机电移动装置，抗震性能好，非常适合便携机 之类的微型计算机系统，成为替代磁盘的一种理想工具，近年来在 USB 等接口的电子盘和数码相机中得到了非常广泛的应用。 闪速存储器直接与 CPU 相连，由于省去了从磁盘到 RAM 的加载过程，工作速度仅仅取决于闪速存储器的存取时间，使 CPU 实现了无等待时间，用户得以充分享受程序和数据的高速存取。另外，闪速存储器是一种高密度的廉价存储器， 1M 位闪速存储器的单位成 本比SRAM 低一半以上， 16M 位的单位成本更低。相同存储器容量的闪速存储器和 DRAM 相比，位成本基本接近，但闪速存储器不需要后援存储器（磁盘）的额外开销和空间 9。 nts福州大 学本科生毕业设计 (论文 ) 8 由于 闪速存储器 可用作固态大容量存储器，且它与普通硬盘相比，可靠性及耐用性好，抗冲击、抗振动能力强，功耗低。因此，随着 闪速存储器 集成度不断提高，价格不断降低，使其在便携机上取代小容量硬盘已成为可能 10。目前研制的 闪速存储器 都符合 PCMCIA 标准，可以十分方便地用于各种便携式计算机中以取代磁盘。以车载系统为例：作为车载系统信息集成的硬件平台 GPS 车载导航仪需要快速读取硬盘中的地理信息数据、查询路网数据库和执行路径选优算法等。大容量存储器因为要与 CPU 进行频繁的通信、进行高速协调工作，它的可靠程度直接决定了导航仪的可靠性。采用磁原理的普通 PC 机硬盘，抗振动能力差、易于损坏，不适于车载。因此，大容量的采用 闪速存储器 的电子硬盘是一个比较理想的选择 11。 目前，闪速存储器已经成为制作电子硬盘的主流介质，如果是制作容量在 2MB 以下的电子硬盘可以选用 27/28/29 系列的芯片，单片容量在 512KB，成本只有几十元，若需要更大容量，就必需采用高密度 Flash，也就是 NAND 型的 Flash。这种 Flash 起点价格较高，但起点容量更高，最小的 4MB、 8MB 已经停产，一般是 16MB（相当于 128Mbit）起步，所以每 MB 的价格相对而言比较划算。随着 PC 机技术的进步，老式的 ISA 插槽越来越少，即将淘汰，所以 ISA 插卡的产品继续做成插卡式的话必须向 PCI 转型 12。在这一形势下，采用 IDE 接口的电子硬盘应运而生，可以说 IDE 接口的电子硬盘更接近普通硬盘， ISA 卡式电子硬盘主要有 Flash 和逻辑电路组成，只是将 Flash 映射到 PC 机内存区，例如 0xd800，开一个窗 口实现读写，驱动程序是 ROMBIOS 的扩展。 IDE 接口的电子硬盘除了使用 Flash外，还有专门提供 IDE 接口的 CPU 和为提高访问速度而设置的 Cache，所以有更好的性能表现，安装 IDE 接口的电子硬盘和普通硬盘完全相同。 IDE 接口电子硬盘从安装方式而言可以分两种，一种是模块结构，体积小巧，另一种外观与普通硬盘一样的。模块结构比较便宜，普通硬盘结构价格稍贵，一般工程客户应该选用模块结构的以降低成本。 IDE 接口的电子硬盘由于容量较大，与硬盘直接互换，也就是说与操作系统无关，故非常适合用于信息家电场合，装载 Windows 核心程序、 Linux 系统及相应的应用程序诸如浏览器、电子邮件程序等等，此外还有工业控制、嵌入式系统等专门领域用到的多种操作系统，只要能用普通硬盘的地方， IDE 接口的电子硬盘都能胜任，这些系统举例如下： Linux, QNX, Informer, Lineo and Linux Based OS,PSOS, VxWorks, iRMX, Super Task ,Windows NT, Embedded NT, Win95/98/2000, Win CE, DOS 5.0/6.22 等等 13。 nts基于 IDE 接口的电子硬盘设计 9 第 三 章 设计方案收集和选择 3.1 设计思路 本次设计的电子硬盘，主要应由 供电电路、 硬盘控制器、闪速存储器芯片组成，接口采用题目要求的 IDE 接口。 供电电路 是电子硬盘的动力来源，它把主机通过 IDE 接口输入的 +5v 电压转换为各块芯片所需的工作电压，电子硬盘的稳定首先来自电源输入的稳定，因此供电电路的设计是整个电路设计中十分重要的一环。 硬盘控制器作为主机和闪速存储器 的传输纽带，通过总线与 IDE 接口和闪速存储器实现数据传递，通过各种控制信号控制对闪速存储器存储区域的读写操作。同时，硬盘控制器可以接受来自主机的控制信号 ，并通过该信号改变电子硬盘的工作方式。闪速存储器作为电子硬盘的存储介质，主要功能在于长期、稳定和安全地保证数据的储存。 经过大量网络和文献资料的搜集和整理工作，我最后挑选出两个比较合适的方案。我将在下面的叙述中对这两个方案做出具体的分析和比较，以确定最终的设计方案。 3.2 方案 1 简介 方案 1 包括 硬盘控制器 MX9691L，程序存储器 MX28F2100T，数据总线驱动器 74F245（ 2片），控制总线驱动器 74F244， 闪速存储器芯片 K9F5608U0B（ 32M*8bit， 2 片） ， 44pin 标准 IDE 接口 。 硬盘控制器采用的是旺宏公司生产的电子硬盘专用控制器 MX9691L，为 128 脚 LQFP 封装，具有宽工作电压范围 3.35V，可提供标准的 PCMCIA 和 IDE 接口。它的内部包括 MX93011的 DSP 内核 21MIPS、 1KB 的缓冲数据区、 PCMCIA/ATA 接口、 Flash 存储器接口和时钟、复位电路等。 采用 MX9691 作为 Flash 硬盘的驱动控制器有很多优点。 MX9691 为旺宏公司生产的专用硬盘驱动控制芯片，优化功能强大，没有冗余模块且封装紧凑，便于进一步小型化和降低功耗。 MX9691 支持 PIO Mode-4、 Multi-word DMA Mode-2 两种最新的传输模式 ,与三星公司的 Flash 存储芯片兼容性好，不需再增加其它电路，因此可靠性高。旺宏公司对 MX9691有强大的软件支持，很多固件可以直接购买。因为 MX9691 支持在线编程，升级和维护非常简单。另外， MX9691 为低功耗设计，它有 3 种节电模式： Idle、 Standby 和 Sleep。 MX9691可以通过查询自己的工作状态，自动进入相应的节电模式，因此功耗很低 14。 MX9691L 的功能框图如图 3-1 所示： nts福州大 学本科生毕业设计 (论文 ) 10 图 3-1 MX9691L 的功能 框图 Flash 芯片采用的是三星公司生产的 K9F5608U0B。它是 48 脚表面封装器件， 采用TSOP-48 封装， 内部具有 (32M+1024K) 8bit 的存储空间，共 32768 行， 528 列，其中后备的 16 列位于 512 列到 527 列。它内部有一个 528 字节的数据寄存器，可以用于页读、页编程操作时数据的存储转换。它可以进行 528 字节为一页的页读和写操作，并可以进行以16K 为一块的块擦除操作。 K9F5608U0B 的突出优点在于：命令、地址和数据信息均通过 8 条 I/O 线传输，寻址单元的地址线不作为芯片的引出脚， 24 位地址分三次写入地址锁存器，译码后找到相应的单元 15。 Flash 硬盘工作原理框图如图 3-2 所示，硬盘控制器 MX9691 是 CPU 与 Flash 存储器进行数据交换的控制通道。数据交换不仅可以采用程序控制方式和中断控制方式，还可以采用直接存储器存取方式 (DMA)。在 DMA 方式下， MX9691 内部的 DMA 控制器利用数据缓冲区可以与 IDE 适配器直接进行数据高速交换。因为采用周期窃取技术 (cycle stealing) 使得数据传送工作对系统总线具有较高的使用权。因为采用高速的 MX93011 DSP 内核(21Mips)，进行主机到缓冲区的突发数据传送时速率可以达到 20MB/s。同时， MX9691 还支持 PIO 模式 4(16.6MB/s)和 DMA 模式 2(16.6MB/s)。 nts基于 IDE 接口的电子硬盘设计 11 DB1 DB1 CE1 DB DB2 CB DB2 DB CE2 DMA 控制 2 片 DB AB CB 图 3-2 Flash 硬盘工作原理框图 硬盘控制器在与 Flash 存储器进行数据通信操作时，数据已被放入内存中， MX9691 首先把内存中的 数据读入内部高速缓存中，然后通过识别接收的指令类型和查询 FAT 得到要寻址的 Flash 存储器的编号。在对 Flash 存储器进行写操作前，先把要写入的信息依次放到数据总线上，经过 TW 的时间，待数据 (包括指令、地址和数据 )稳定后，通过对要寻址的 Flash 存储器编号的解码，从端口 601FH 输出 FCE 片选信号选中相应的 Flash 芯片。在 WR和 WRFLASH同时有效时，数据被写入相应的 Flash 存储单元中。读操作与此类似。MX9691L 的 读 操作时序和写操作时序 分别 如图 3-3 和图 3-4 所示： IDE 接口控制器 IOW IOR REG HA0 HA1 标 准 IDE 接 口 复位电路 IOW# A0 A7 IOR# REG# HA0# HA1# A8 A15 MX9691L FCE# RDFLASH# WRFLASH# ROMWR# FALE# RD# FCLE# ROMCS 复位电路 CS 程序存储器 RD MX28F2100T WR 数据总线驱动器 74F245 数据总线驱动器 74F245 控制总线 驱动器 74F244 D0 D7 D8 D15 K9F5608U0B CE RD WR ALE CLE nts福州大 学本科生毕业设计 (论文 ) 12 图 3-3 MX9691L 的读操作时序 图 3-4 MX9691L 的写操作时序 MX28F2100T 为程序存贮器，它通过标准 ATA 接口经编译的可执行文件可以对它直接在线编程。 74F245 和 74F244 为总线驱动器，在所选 Flash 存储器较多时可以提高总线驱动能力。 考虑到电子硬盘应用的广泛性，在接口方面选择了 44pin 标准 ATA 接口。 44pinIDE 接口定义完全与便携式计算机硬盘相同，也可以通过转接口转为 40pin 数据口和 4pin 电源口，实现与台式机主板兼容。 44pin 标准 IDE 接口定义如表 3-1 所示： 表 3-1 44pin 标准 IDE 接口定义 引脚号 信号名称及描述 引脚号 信号名称及描述 1 RST# 2 GND 3 DATA7 4 DATA8 5 DATA6 6 DATA9 7 DATA5 8 DATA10 9 DATA4 10 DATA11 11 DATA3 12 DATA12 13 DATA2 14 DATA13 15 DATA1 16 DATA14 17 DATA0 18 DATA15 19 GND 20 KEY-PIN nts基于 IDE 接口的电子硬盘设计 13 21 IDE$PDREQ 22 GND 23 IDE$PIOWR* 24 GND 25 IDE$PIORR* 26 GND 27 IDE$PIORDYR 28 PLL-Vcc 29 IDE$PDACK* 30 GND 31 ISA$IRQ14 32 PLL-Vcc 33 IDE$A1 34 NC 35 IDE$A0 36 IDE$A2 37 IDE$CS0* 38 IDE$CS1* 39 -HD_LED1 40 GND 41 Vcc 42 Vcc 43 GND 44 GND 3.2 方案 2 简介 方案 2 包括 硬盘控制器 SST55LD019A，闪速存储器芯片 K9F5608U0B（ 32M*8bit， 2 片），供电部分 300mA CMOS 线性稳压器 AME8800， 44pin 标准 IDE 接口。 硬盘控制器使用的是 SST 公司生产的 SST55LD019A，它使用 100pin 的 TQFP 封装，具有低功耗（工作电压 3.3v-5v）、主机读取速度快（最快可达 10M/s）、稳定性好（可在 -4085 的工业环境下稳定运行）、兼容性好（支持 PIO Mode-4、 Multi-word DMA Mode-2 两种最新的传输模式，兼容标准 NAND 型 Flash Memory）等优点。 SST55LD019A 主要包括微处理器单元（ MCU）、内部直接存储器接入（ DMA）、电源管理单元（ PMU）、 SRAM 缓冲器、嵌入式闪存文件系统、纠错编码（ ECC）、串行通信接口（ SCI）和多任务接口。 微处理器单元（ MCU）：微处理器单元把 ATA/IDE 信号转换成闪存 芯片 所需的数据和