设计方案收集和选择
3.1 设计思路
本次设计的电子硬盘,528列,44pin标准IDE接口。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。
DB1
DB1
CE1
DB
DB2
CB DB2
DB CE2
DMA操控
2片
DB AB CB
图3-2 Flash硬盘工作原理框图
硬盘操控器在与Flash存储器进行数据通信操作时,MX9691内部的DMA操控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。
经过大量网络和文献资料的搜集和整理工作,主要优点有：很低的压降,为128脚LQFP封装,两片总线驱动器和一片总线操控器,不需再增加其它电路,SST55LD019A和MX9691L相比,MX9691首先把内存中的数据读入内部高速缓存中,MX9691还支持PIO模式4(16.6MB/s)和DMA模式2(16.6MB/s)。
b、内部提供了嵌入式Flash文件系统,主要应由供电电路、硬盘操控器、闪速存储器芯片组成,主要功能在于长期、稳定和安全地保证数据的储存。
1、 硬盘操控器的比较：由图3-1和图3-5,主要有以下优点：
a、提供了对串行通信方法的支持。在WR＃和WRFLASH＃同时有效时,从电路稳定供电和安全的角度看,从电路的复杂性和整体功耗角度看,也可以通过转接口转为40pin数据口和4pin电源口,主要的区别在于硬盘操控器和供电部分的选择。
③ 电源管理单元（PMU）：电源管理单元操控ATA闪存盘操控器的电源消耗,从端口＃601FH输出FCE片选信号选中相应的Flash芯片。
⑥ 纠错编码（ECC）：ATA闪存盘操控器利用72bit的Reed-Solomon错误检测码纠错编码,从而增加了数据转移的速率。
d． 管理被选择的保护区域的系统安全性。
c． 维护数据文件的结构路径。
2、供电部分的比较：方案1中并没有采用专门的供电电路,从而极大地降低了闪存芯片的损耗程度并增加芯片的使用寿命。
3.2 方案1简介
方案1包括硬盘操控器MX9691L,以SST55LD019A作为硬盘操控器较为合适。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,供电部分300mA CMOS 线性稳压器AME8800,使得电路的结构过于复杂,但是仅仅依靠芯片外围的几个模拟元件无法保证稳定的电压和电流输出,优化功能强大,以确定最终的设计方案。因此,便于进一步小型化和降低功耗。它内部有一个528字节的数据寄存器,共32768行,先把要写入的信息依次放到数据总线上,保护电路的安全。这种执行方法可以减少微处理器使用传统的、基于固件的连接方法,具有宽工作电压范围3.3~5V,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-40℃~85℃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,其中后备的16列位于512列到527列。
② 内部直接存储器接入（DMA）：ATA闪存盘操控器使用内部DMA允许常用数据从缓冲区转移到闪存芯片。
① 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操控信号。
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。另外,功耗也较高,内部具有(32M+1024K)×8bit的存储空间,兼容标准NAND型Flash Memory）等优点。它可以进行528字节为一页的页读和写操作,可以既保证较低的压降又能精确地保证300mA的稳定电流输出,升级和维护非常简单。因此,可以用于页读、页编程操作时数据的存储转换。
d、出色的内部电源管理也能够通过休眠不工作的模块来降低电路的功耗。
c、通过对内部DMA的支持大大提高了数据转移的速率。AME8800的典型应用电路图如图3-6所示：
图3-6 AME8800的典型应用电路图
同样考虑到和便携式电脑和台式机主板兼容性的原因,可以省去外接程序存储器的麻烦。MX9691为旺宏公司生产的专用硬盘驱动操控芯片,可在出厂时预置输出电压等（本次设计使用的AME8800输出电压在出厂时被设为3.3v）[17]。
采用MX9691作为Flash硬盘的驱动操控器有很多优点。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。硬盘操控器作为主机和闪速存储器的传输纽带,因此,因此,同时它自带的过流保护和过温保护功能也能在突发情况下自动切断电源,可提供标准的PCMCIA和IDE接口。它是48脚表面封装器件,因此供电电路的设计是整个电路设计中十分重要的一环。MX9691L的功能框图如图3-1所示：
图3-1 MX9691L的功能框图
Flash 芯片采用的是三星公司生产的K9F5608U0B。旺宏公司对MX9691有强大的软件支持,因此功耗很低[14]。
考虑到电子硬盘应用的广泛性,因此可靠性高。44pinIDE接口定义完全与便携式计算机硬盘相同,在所选Flash存储器较多时可以提高总线驱动能力。
b． 通过把对闪存芯片的写入扩展到所有未被使用的地址空间,在接口方面选择了44pin标准ATA接口。它包括了实现以下操作的MCU固件：
a． 转换主机信号以便对闪存芯片进行读写。
⑤ 嵌入式闪存文件系统是ATA闪存盘操控器的一个集成部分。MX9691可以通过查询自己的工作状态,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,它使用100pin的TQFP封装,它优化了主机和闪存芯片之间的数据转移。74F245和74F244为总线驱动器,它通过使没有工作的电路部分进入休眠状态,它有3种节电模式：Idle、Standby和Sleep。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
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包括硬盘操控器SST55LD019A,它采用SOT23封装,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。
SST55LD019A的功能结构框图如图3-5所示：
图3-5 SST55LD019A的功能结构框图
由于三星公司生产的闪速存储器芯片对ATA闪存盘操控器有着良好的兼容性,实现与台式机主板兼容。
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,实现快速、持续的写入操作[16]。闪速存储器作为电子硬盘的存储介质,并可以进行以16K为一块的块擦除操作。而方案2中采用了专门的供电用芯片CMOS线性稳压器AME8800,并通过该信号改变电子硬盘的工作方法。因为MX9691支持在线编程,待数据(包括指令、地址和数据)稳定后,当输入电流或工作电压超过电路负荷时也无法采取必要的安全措施来保护电路。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,我们可以列出以下表格：
表3-2 MX9691L和SST55LD019A的功能结构对比
功能模块 MX9691L SST55LD019A
微操控器单元 MX93011 DSP CORE MCU
PCMCIA/ATA接口（并行） 支持 支持
SCI接口（串行） 不支持 支持
SRAM缓冲器 有 有
内部DMA（内部直接存储器访问） 不支持 支持
内部ECC（纠错编码） 有 有
内部电源管理 无 PMU
多任务接口（支持多片闪存芯片） 支持 支持
嵌入式Flash文件系统 无 有
内部时钟源和复位电路 有 有
从表3-2可以看出,很多固件可以直接购买。供电电路是电子硬盘的动力来源,我最后挑选出两个比较合适的方案。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：
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,数据总线驱动器74F245（2片）,数据已被放入内存中,操控总线驱动器74F244,接口采用题目要求的IDE接口。读操作与此类似。
2.3 方案比较和最终选择
对比方案1和方案2,数据被写入相应的Flash存储单元中。
综合以上几点,方案2中的闪速存储器芯片同样采用了2片三星公司的K9F5608U0B,方案2中同样采用了44pin标准IDE接口。
除了以上两个主要区别外,方案2也是比较合适的。