可攜式儲存裝置與電腦週邊介面整合控制器之研製

Abstract

本篇論文主要是敘述一整合介面控制器的設計方法與實現，其主要目的是透過一控制器，可以方便的讓PC(選擇了USB、IDE傳輸介面)與各種非揮發性儲存記憶卡(MultiMediaCard、SmartMediaCard及CompactFlash Card)之間做資料的存取，並提供了ECC(Error Correction Code)電路對資料在傳輸時做同步處理功能，在有效的錯誤範圍內將錯誤的資料自行找出及更正。本論文的內容包含了這整合介面控制器的規格制定，說明USB、IDE及各非揮發性儲存卡傳輸介面之硬體設計原理、設計方法，且說明資料的傳輸時如何以 Dual Buffer 模式來進行，以此模式可以提高資料傳輸的效率。在這整合介面控制器內有一顆8051單晶片微控器，這8051處理器透過外部定址的方式來控制內部的控制暫存器，達到負責監督主機傳輸介面之訊號傳輸協定、選擇儲存卡的傳輸介面及邏輯電路的啟動或關閉。

This thesis mainly describes the design and realization of one particular integrated interface controller. The major purpose is to facilitate the data retrieval and storage between computers with optional USB or IDE interface and all kinds of non-volatile storage memory cards ( MultiMediaCard, SmartMedia Card and CompactFlash card ) through a controller. And it provides ECC (Error Correction Code ) function which simultaneously processes data during data transferring while automatically locating and correcting errors in an effective range of mistakes.The content of this thesis includes the regulation of the specification for the integrated interface controller, the illustration of the hardware design theory and methods for transfer interfaces concerning USB, IDE and non-volatile memory cards, and the way how to transfer data in a dual buffer mode in order to escalate the efficiency of data transferring. There is a single chip micro processor named 8051 in this integrated interface controller and the 8051 processor administrates the internal control register through external addressing, which monitors the signal protocol between hosts and interfaces , the selection of transfer interface of storage cards, and the switching on and off for logic circuit. 中文摘要 I 英文摘要 II 誌 謝 III 目錄 IV 表目錄 VI 圖目錄 VII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 章節的按排 2 第二章 系統規劃及整體架構 4 2.1 系統介面功能規劃 5 2.2 控制器內部架構 8 第三章 傳輸介面說明 12 3.1 主機傳輸介面 12 3.1.1 USB(Universal Serial Bus)傳輸介面 12 3.1.2 IDE(Integrated Device Electronics)傳輸介面 16 3.2 非揮發性靜態儲存裝置卡 19 3.2.1 Smart Media Card 儲存卡 20 3.2.2 CompactFlash Card 儲存卡 23 3.2.3 MultiMediaCard 儲存卡 23 3.3 I2C INTERFACE 24 3.3.1 I2C匯流排協定 25 第四章 硬體設計(一) 27 4.1 USB硬體電路與控制邏輯電路 28 4.2 USB硬體與控制邏輯電路之間溝通介面定義 29 第五章 硬體設計(二) 33 5.1 CONTROL REGISTER MODULE 34 5.2 USB SIL INTERFACE MODULE 37 5.3 IDE INTERFACE MODULE 38 5.3.1 IDE規格的定址模式 38 5.3.2 內部邏輯功能設計 42 5.4 SMART MEDIA INTERFACE MODULE 44 5.4.1 傳送資料的流向 45 5.4.2 SM_TOP及其各sub-module的運作 46 5.4.3 SM_ECC module 51 5.5 MMC INTERFACE MODULE 53 5.5.1 MMC_CMD module 56 5.5.2 MMC_DAT module 58 5.6 CF INTERFACE MODULE 61 5.7 I2S INTERFACE MODULE 63 第六章 控制器應用範例 65 6.1 USB 傳輸介面之讀卡機 65 6.2 TRUE IDE傳輸介面之讀卡機 66 6.3 MP3播放機 / 數位錄音機 67 第七章 結論 69 參考文獻 70 附錄一 特殊功能之控制邏輯電路之實驗電路板 71 附錄二USB硬體電路之實驗電路板 72