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dq042
基于
ide
接口
电子
硬盘
设计
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【DQ042】基于IDE接口的电子硬盘设计,dq042,基于,ide,接口,电子,硬盘,设计
- 内容简介：
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基于 口 的电子硬盘 设计 一、闪存（ 术发展现状 闪速存储器（ 一类非易失性存储器 使在供电电源关闭后仍能保持片内信息；而诸如 类易失性存储器，当供电电源关闭时片内信息随即丢失 1。 中了其它类非易失性存储器的特点：与比较，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 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 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（ 2。 目前全球各大 产商采用的主流技术为 种。 1、 术 持 术 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 、 、 态盘的存储介质，并正成为闪速磁盘技术的核心。 术 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 16有快编程和快擦除的功能，其块擦除时间是 2 术的块擦除时间达到几百 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 (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、 术 术是 司的专利技术。 同支持 术的术与 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。 司采用 m 的制造工艺，并结合 术，生产出芯片尺寸更小、存储容量更大、功耗更低的 512利用双密度封装技术将 2 片 512片叠加在 1 片 封装内，形成一片 1片。 有突出的低功耗特性，读电流为 2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 冲区，使得 术不像其他采用 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 m，甚至 m 的制造工艺。借助于先进工艺的优势， 容量可以更大： 术将出现 256 术已经有 1器件；同时芯片的封装尺寸更小：从最初 装，到 装，再到 装， 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 12渐下降到 5V、 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 位成本大幅度下降：采用 术的 司的 28格为 25 美元， 术和 术的 突破 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 场的 1/4，与 起成为存储器市场的三大产品。 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 广泛的应用，推动了行业的向前发展。 由于 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 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 符合 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 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 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 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 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 盘是一种固态盘 它主要包括具有标准口的 制器 序存储器和 16 片 128 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 (比普通硬盘高一个数量级 (采用 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 128 脚 装，具有宽工作电压范围 V，可提供标准的 口。它的内部包括 核 211缓冲数据区、 口、 储器接口和时钟、复位电路等。 采用 为 盘的驱动控制器有很多优点。 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。 三星公司的 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 强大的软件支持，很多固件可以直接购买。因为 持在线编程，升级和维护非常简单。另外， 低功耗设计，它有 3 种节电模式： 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。 片采用的是三星公司生产的 是 48 脚表面封装器件，内部具有(16M+512K) 8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。 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。 盘工作原理框图如图 2 所示，硬盘控制器 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 (在 式下， 部的 制器利用数据缓冲区可以与 配器直接进行数据高速交换。因为采用周期窃取技术 (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 核 (21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， 支持 式 4(s)和 式 2(s) 图 2 盘工作原理框图 硬盘控制器在与 储器进行数据通信操作时，数据已被放入内存中， 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 到要寻址的 储器的编号。在对 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 时间，待数 据 (包括指令、地址和数据 )稳定后，通过对要寻址的 储器编号的解码，从端口 601出 选信号选中相应的 片。在 时有效时，数据被写入相应的 储单元中。读操作与此类似。 储器读写时序如图 3 和图 4 所示。 图 3 储器读 时序图 口控制器 准 口 复位电路 复位电路 程序存储器 R 数据总线驱动器 74据总线驱动器 74制总线 驱动器 740 8 9E R 图 4 储器写时序 图 程序存贮器，它通过标准 口经编译的可执行文件可以对它直接在线编程。 74 74总线驱动器，在所选 储器较多时 可以提高总线驱动能力。 目前， 经成为制作电子硬盘的主流介质，如果是制作容量在 2下的电子硬盘可以选用 27/28/29 系列的芯片，单片容量在 512本只有几十元，若需要更大容量，就必需采用高密度 就是 的 。这种 点价格较高，但起点容量更高，最小的 48经停产，一般是 16当于 128步，所以每 价格相对而言比较划算。随着 技术的进步，老式的 槽越来越少，即将淘汰，所以 卡的产品继续做 成插卡式的话必须向 型。在这一形势下，采用 口的电子硬盘应运而生，可以说 口的电子硬盘更接近普通硬盘， 式电子硬盘主要有 逻辑电路组成，只是将 射到 内存区，例如 0一个窗口实现读写，驱动程序是 扩展。 口的电子硬盘除了使用 有专门提供 口的 为提高访问速度而设置的 以有更好的性能表现，安装 口的电子硬盘和普通硬盘完全相同。 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。 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 心程序、 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， 口的电子硬盘都能胜任，这些系统举例如下： S,T, T, 8/2000, E, 等 9。 三、总结 虽然， 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入式系统（如 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： 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。 参考文献 1of 59 (2001)
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