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1 引言
    20世纪90年代后期，嵌进式系统在产业把持、远程监控和数据采集等领域的利用日趋广泛，人们对嵌进式系统的存储容量也提出了较高的请求。因此研制实用于嵌进式系统的大容量、高速率、高可靠性的数据存储系统变得日益重要。本文针对一款基于ARM920T芯片的开发板，根据ATA硬盘接口规范，设计了IDE硬盘接口电路，实现了对IDE硬盘的读写，可以在Linux系统中对其上的文件系统自由访问，达到了高速率和高可靠性的请求。

2 ARM920T与S3C2410先容
    ARM 包含一系列微处理芯片技巧。ARM920T是ARM 系列微处理器的一种，它采用5阶段管道化ARM9TDMI内核，同时配备了Thumb扩大、EmbeddedICE调试技巧和Harvard总线。在生产工艺雷同的情况下，性能可达ARM7TDMI芯片的两倍之多。ARM920T系列重要利用于机顶盒产品、掌上电脑、笔记本电脑和打印机。
    S3C2410处理器是Samsung 公司基于ARM 公司的ARM920T处理器核，采用0.18umSU造工艺的32位微把持器。该处理器拥有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache、MMU、支撑TFT的LCD把持器、NAND 闪存把持器、3路UART、4路DMA、4路带PWM 的Timer、I/O口、RTC、8路10位ADC、TouchScreen接口、IIC-BuS接口、IIS-BuS接口、2个USB主机、1个USB设备、SD主机和MMC接口和2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在268MHz。

3 IDE接口及其规范
    IDE(Integrated Drive Electronics)是从IBM PC/AT上应用的ATA接口发展而来的。IDE/ATA磁盘驱动器与早期的ATA驱动器相比，增长了任务文件存放器，包含数据存放器、状态存放器以及反响地址的驱动器号、磁头号、道号和扇区号存放器等。ATA接口规范定义了信号电缆和电源线的电器特点、互联信号的电器和逻辑特点，还定义了存储设备中可把持的存放器以及命令和协议。
3.1 存放器
    规范定义了两组存放器：命令存放器和把持存放器。命令存放器用来吸收命令和传送数据，把持存放器用来把持磁盘把持。常用的存放器包含数据存放器、命令存放器、驱动器/磁头存放器、柱面号存放器、扇区号存放器、扇区数存放器和状态存放器。
3.2 数据传输方法
    ATA接口规范定义了两种数据传输方法：可编程I/O(PIO)方法和DMA方法。PIO传送方法下，CPU对把持器的访问都是通过PIO进行的，包含从把持器读取状态信息和毛病信息，以及向把持器发送命令和参数。在一次PIO数据传输过程中，CPU先选址，然后使读/写信号有效，CPU或把持器放数据到数据总线，把持器或CPU读取数据，把持完成后，开释总线，这样一次数据传输完成。DMA方法，即直接内存访问，CPU把缓冲区的地址与需要读写的长度告诉外设，外设在准备好后向CPU发出一个DMA恳求，请求CPU暂停应用内存，获得批准后就直接在内存和外设之间传输数据，完成后再把对内存的访问权回还给CPU。

4 硬件实现
    如图1所示，S3C2410与硬盘之间接口电路分为3个部分：片选信号、数据信号和把持信号。硬盘上存放器分为两组，分辨由IDE_CS0和IDE_CS1选中，DA0~DA2则用于组内存放器寻址；数据线DD0~DD15因存在输进/输出方向标题，故用nOE(读信号)接buffer(74LVTH162245)的DIR引脚来把持缓冲器方向；把持信号部分因该CPU与硬盘之间DMA时序不一致，故采用一块EPM7032AETC44-7芯片用于调剂其时序。PIO模式下，不需要DMARQ和nDMACK信号，DMA模式下，这两个信号才起作用。
 

5 软件实现
    硬盘驱动程序实现分为初始化、打开设备、设备I/O把持和开释设备等几部分。
5.1 硬盘初始化
    与X86不同，在ARM 系统结构中，对内存和外设的访问应用同一的指令，所以要对外设地址进行内存映射。也就是说，通过一张表将I/O地址映射到内存空间中来，这部分工作是在系统初始化期间完成的。
    在IDE子系统初始化期间，Linux系同一旦创造一个IDE把持器，就设置它的ide_hwif_t结构来反响这个把持器和与之相连的磁盘；向Linux的VFS登记每一个把持器，并分辨把它加到blk_dev和blkdevs向量表中；恳求把持适当的IRQ中断(主IDE把持器是14，次IDE把持器是15)和I/O空间(主把持器0x1f0，次把持器0x170)：为每一个找到的IDE把持器在gendisk列表中增长一个条目。
    IDE硬盘的初始化工作由idedisk_init完成：
(1)在数组ide_hwifs中找出已登记得各IDE把持器把持的所有IDE硬盘(一个把持器最多把持两个硬盘)，每个IDE硬盘对应一个ide_drive_t结构。
(2)对找到的每个IDE硬盘，调用函数ide_register_subdriver填写各IDE硬盘结构中的相干信息域，重要是填写其驱动程序结构ide_driver_t。硬盘驱动中的函数do_rw_disk通过向磁盘把持存放器写参数启动磁盘把持，完成真正的数据读写。
(3)对找到的每个IDE硬盘，调用函数idedisk_setup进一步设置其ide_drive_t结构，包含设置该结构的settings域、doorlocking域、cyl、head、sect域、id域等。

5.2 打开设备
    打开块设备的把持与打开普通文件的把持基础雷同。
(1)在当前过程的文件描写符表中为打开文件找一个空位，申请一块内存，用于建立新文件的打开文件对象，即结构file。
(2)解析设备特别文件名，获得其VFS inode和dentry结构，根据dentry结构填写file结构，尤其是将file结构的f_op域设为其VFS inode中的缺省文件把持。
(3)履行该文件把持集中的open把持，即blkdev_open，它根据设备特别文件的主次设备号从blkdevs向量表中取出已经注册的文件把持集(file_operations)fops，用该结构代替file结构中的f_op域。
(4)履行中新文件把持集中的open把持，即bl带头kdev_open，它根据VFS inode中的i_rdev域查找数组ide_hwifsp[]，从中找出该IDE硬盘所对应的ide_drive_t结构；假如ide_drive_t结构中注册有驱动程序，履行驱动程序集中的open把持。
(5)将打开文件对象插进到当前过程的文件描写符表中，返回文件描写符，即打开文件对象在过程文件描写符表中的索引。

5.3 设备I/O把持
    读写块设备时要用到块缓冲区(bufer)，对bufer的治理采用BuferCache机制。它治理bufer的创立、撤销、回收、查找、更新等，同时还要与系统中的其它部分(如文件系统、内存治理等)交互。Linux将Buffer Cache从块设备驱动程序中独立出来，作为对块设备读写的通用机制，所以对块设备的读、写、同步等把持采用的都是由把持系统供给的公共函数，一般为block_read()和block_write()。
    为了减少对块设备把持的次数，读写块设备时采用延迟把持，尽量将多个读写把持合并，所以把持恳求不是马上递交给物理设备，而是供给了一种手段记载每次的恳求(request)，并为每类块设备供给一个恳求队列用来排队、合并、重组对该块设备的恳求。
    当需要从硬盘读时，block_read()函数首先查找Buffer Cache 假如在其中能找到需要的buffer，则立即返回：否则，天生一个读恳求，并将其加进相应的恳求队列排队。
    当需要向硬盘写时，block_write()为此次写把持天生一个buffer，而后天生一个写恳求，并将其加进相应的恳求队列排队。
    块设备驱动程序供给了一个恳求处理函数，对硬盘而言是函数do_rw_disk。在适当的时候，硬盘的恳求处理函数启动，do_rw_disk处理在恳求队列上排队的恳求，通过向硬盘发出读、写命令完成对设备的真正把持。其伪代码如下：
DO_RW_DISK(COMMAND)
{
Set_Registers()；
if(COMMAND=READ){
  Set read_intr as interrupt process function
  Send WIN_READ or WIN_MULTREAD command to Command register
}
if(COMMAND=WRITE){
  Send WIN_WRITE or WIN_MULTWRITE command to Command register
  Get the status of Status register and set DRQ bit
  Set write intr as interrupt process function
  Senddatato buferin thedisk
}
}
5.4 开释设备
    由设备驱动程序中的release把持完成，一般完成与打开设备相反的动作：开释打开设备特别文件时在file结构上所创立的私有结构；假如是最后一个设备的开释，则从硬件上封闭设备。

6 结束语
    通过上述方法对IDE硬盘接口的设计与实现，我们可以在S3C2410开发板上安全自由地对硬盘上的各种文件系统进行访问，由于采用DMA方法，可以满足用户对速率的请求。

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