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
?
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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(diào)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,。基于以上的要求我們設計了大容量的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(chǎn)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(nèi)部包括MX93011的DSP內(nèi)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。
?
?
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(nèi)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(nèi)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,。
?
?
下面介紹MX9691的引腳信號：
A[15：0]??????? 地址線，具有內(nèi)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(nèi)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(nèi)部上拉電阻;
??? IOR#? ????? ??? I/O讀(與IDE接口)，具有內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)存中,，MX9691首先把內(nèi)存中的數(shù)據(jù)讀入內(nèi)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(jīng)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,。
?
?
MX28F2100T為程序存貯器，它通過標準ATA接口經(jīng)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(chǎn)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。
?
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