摘? 要： 介紹用于車載GPS導航儀" title="導航儀">導航儀的大容量" title="大容量">大容量Flash硬盤。分析了系統(tǒng)的工作原理" title="工作原理">工作原理和組成特點。該硬盤具有體積小、重量輕、功耗低、抗振動性好等特點，可用于各種類型的車載計算機數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。
關鍵詞： 快閃存儲器? 自主導航? 硬盤
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1 GPS車載導航儀" title="車載導航儀">車載導航儀概述
隨著現(xiàn)代交通運輸網絡和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展， 車輛的自主導航和實時監(jiān)控越來越受到人們的普遍關注，并被廣泛地應用到交通運輸網絡的各個方面。
TRACK-II型GPS車載導航儀是我研究所與香港ARCON公司合作研制的最新一代車載導航儀。它是一種基于GPS技術并融合電子和通信技術的集成信息的硬件和軟件平臺，具有GPS準確定位、路線最優(yōu)引導、旅行信息查詢、出行信息查詢、駕駛員信息查詢等信息綜合服務功能。從所完成的功能來劃分，GPS車載導航儀可以劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。物理層獲取當前車輛的相關信息，包括姿態(tài)、位置、方向和時間等信息，以及與當前位置相關的地理信息數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)鏈路層則在所獲取的原始數(shù)據(jù)信息的基礎之上，進行一系列的數(shù)據(jù)濾波處理，為應用層提供標準數(shù)據(jù)接口。同時通過數(shù)據(jù)鏈路層，GPS車載導航儀可以與外部數(shù)據(jù)平臺進行雙向數(shù)據(jù)通信，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換;應用層采用面向對象的設計技術，通過標準數(shù)據(jù)接口，利用人工智能、模糊控制和專家系統(tǒng)的方法，實現(xiàn)諸如地圖匹配、最優(yōu)路徑選擇等功能。
該GPS車載導航儀的物理層是車載系統(tǒng)信息集成的硬件平臺，它主要包括具有RISC結構的32位CPU ARM9TDMI、大容量的Flash硬盤(存放過程數(shù)據(jù)、電子地圖和各種數(shù)據(jù)庫信息)和GSM通信模塊。限于篇幅，主要介紹該導航儀中為適應數(shù)據(jù)大容量存儲而設計的Flash硬盤的功能和工作原理。
2 Flash硬盤硬件組成
作為車載系統(tǒng)信息集成的硬件平臺，GPS車載導航儀需要快速讀取硬盤中的地理信息數(shù)據(jù)、查詢路網數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行路徑選優(yōu)算法等。大容量存儲器因為要與CPU進行頻繁的通信、進行高速協(xié)調工作，它的可靠程度直接決定了導航儀的可靠性。采用磁原理的普通PC機硬盤，抗振動能力差、易于損壞，不適于車載?；谝陨系囊笪覀冊O計了大容量的Flash硬盤，作為導航儀的數(shù)據(jù)存儲器。
我們設計的Flash硬盤是一種固態(tài)盤SSD(Solid State Disk)。它主要包括具有標準IDE接口的DSP控制器MX9691、程序存儲器和16片128Mbit的Flash存儲器芯片。因為全部采用電子元件，它的抗振動性和平均無故障間隔時間(MTTF)均比普通硬盤高一個數(shù)量級(采用Bellcore或Mil-spec方法)。
2.1 硬盤控制器MX9691簡介
MX9691L是旺宏公司生產的電子硬盤專用控制器，為128腳LQFP封，具有寬電壓工作范圍(3.3~5V)，可提供標準的PCMCIA和IDE 接口。它的內部包括MX93011的DSP內核(21MIPS)、1KB的緩沖數(shù)據(jù)區(qū)、PCMCIA/ATA接口、Flash存儲器接口和時鐘、復位電路等。用MX9691設計的電子硬盤的擴展性好，只要選用相應的固件，可以任意選擇相應類型和數(shù)目的Flash存儲器，并且有很好的兼容性。圖1為其功能框圖。
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2.2 Flash存儲器芯片簡介
采用的Flash 芯片為KM29U128T。它是48腳表面封裝器件，內部具有(16M+512K)×8bit的存儲空間，共32768行，528列，其中后備的16列位于512列到527列。它內部有一個528字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器，可以用于頁讀、頁編程操作時數(shù)據(jù)的存儲轉換。它可以進行528字節(jié)為一頁的頁讀和寫操作，并可以進行以16K為一塊的塊擦除操作。
KM29U128T的突出優(yōu)點在于:命令、地址和數(shù)據(jù)信息均通過8條I/O" title="I/O">I/O線傳輸，尋址單元的地址線不作為芯片的引出腳，24位地址分三次寫入地址鎖存器，譯碼后找到相應的單元。
3 Flash硬盤工作原理
Flash硬盤由具有標準IDE接口的MX9691DSP芯片、程序存儲器MX28F2100T、總線驅動器74F244、74F245和16片16M×8bit的KM29U128T組成。
3.1 原理框圖
Flash硬盤工作原理框圖如圖2所示。
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下面介紹MX9691的引腳信號：
A[15：0]??????? 地址線，具有內部上拉電阻(與
??????????????????? Flash存儲器接口);
FCE[7:0]??????? Flash存儲器片選線，低有效;
WR# MX9691? ??? 向外部存儲器寫，低有效;
RD# MX9691????? 從外部存儲器讀，低有效;
WRFLASH#?? ??? Flash存儲器寫允許，低電平有效，
??????????????????? 信號有效時MX9691向Flash存儲器寫數(shù)據(jù);
??? RDFLASH#??? ??? Flash存儲器輸出允許，低電平有效，信號有效時MX9691從Flash存儲器讀數(shù)據(jù);
??? HA[10:0]????????地址線(與IDE接口)，具有內部上拉電阻;
??? REG#????????????存儲器和I/O端口選擇，低電平有效，DMA狀態(tài)下與IOR#或IOW#配合
??????????????????? 完成MX9691與CPU之間的數(shù)據(jù)交換;
??? IOW#????????????I/O寫(與IDE 接口)，具有內部上拉電阻;
??? IOR#? ????? ??? I/O讀(與IDE接口)，具有內部上拉電阻。
由工作原理框圖可以看出，MX9691可以看作是普通硬盤中的驅動控制器，它是CPU與Flash存儲器進行數(shù)據(jù)交換的控制通道。數(shù)據(jù)交換不僅可以采用程序控制方式和中斷控制方式，還可以采用直接存儲器存取方式(DMA)。在DMA方式下，MX9691內部的DMA控制器利用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)可以與IDE適配器直接進行數(shù)據(jù)高速交換。因為采用周期竊取技術(cycle stealing)，使得數(shù)據(jù)傳送工作對系統(tǒng)總線具有較高的使用 權。因為采用高速的MX93011 DSP內核(21Mips)，進行主機到緩沖區(qū)的突發(fā)數(shù)據(jù)傳送時速率可以達到20MB/s。同時，MX9691還支持PIO模式4(16.6MB/s)和DMA模式2(16.6MB/s)。
3.2 對Flash存儲器的讀寫時序
硬盤控制器在與Flash存儲器進行數(shù)據(jù)通信操作時，數(shù)據(jù)已被放入內存中，MX9691首先把內存中的數(shù)據(jù)讀入內部高速緩存中，然后通過識別接收的指令類型和查詢FAT得到要尋址的Flash存儲器的編號。在對Flash存儲器進行寫操作前，先把要寫入的信息依次放到數(shù)據(jù)總線上，經過Tw(a-ce)的時間，待數(shù)據(jù)(包括指令、地址和數(shù)據(jù))穩(wěn)定后，通過對要尋址的Flash存儲器編號的解碼，從端口#601FH輸出FCE片選信號選中相應的Flash芯片。在WR#和WRFLASH#同時有效時，數(shù)據(jù)被寫入相應的Flash存儲單元中。讀操作與此類似。Flash存儲器讀寫時序如圖3和圖4所示。
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MX28F2100T為程序存貯器，它通過標準ATA接口經編譯的可執(zhí)行文件可以對它直接在線編程。74F245和74F244為總線驅動器，在所選Flash存儲器較多時可以提高總線驅動能力。
采用MX9691作為Flash硬盤的驅動控制器有很多優(yōu)點。MX9691為旺宏公司生產的專用硬盤驅動控制芯片，優(yōu)化功能強大，沒有冗余模塊且封裝緊湊，便于進一步小型化和降低功耗。MX9691與三星公司的Flash存儲芯片兼容性好，不需再增加其它電路，因此可靠性高。旺宏公司對MX9691有強大的軟件支持，很多固件可以直接購買。因為MX9691支持在線編程，升級和維護非常簡單。另外，為用于手持和車載系統(tǒng)，MX9691為低功耗設計。它有3種節(jié)電模式：idle、standby和sleep。MX9691可以通過查詢自己的工作狀態(tài)，自動進入相應的節(jié)電模式，因此功耗很低。
該Flash硬盤已可靠運行了半年多，并且與Windows CE的兼容性也較好。它體積小、重量輕、抗震性好，并且功耗很低。隨著快閃技術的進一步發(fā)展，大容量的Flash存儲器將被廣泛地應用于個人數(shù)字助理(PDA)、電子游戲機、數(shù)字相機、自動化信息及導航系統(tǒng)中。
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參考文獻
1 王廣運，郭秉義，李洪濤.差分GPS定位技術與應用.北京:電子工業(yè)出版社，1996.3
2 Samsung Flash Memory Datasheet.SAMSUNG Electronics?CO. LTD，1998
3 MX IC Advanced Information. MACRONIX INTERNATIONAL CO. LTD，1999