基于IDE接口的電子硬盤設(shè)計(jì)(論文 CAD圖紙全套).doc

基于IDE接口的電子硬盤設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）院 系：XX學(xué)院姓 名：專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué) 號：4200209320XXX指導(dǎo)教師：XX老師XX大學(xué)X學(xué)院2016年9月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書（應(yīng)由學(xué)生本人按指導(dǎo)教師下達(dá)的任務(wù)認(rèn)真謄寫）姓名 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 XXX 學(xué)號 4200209320194 入學(xué)時(shí)間 2014.09 網(wǎng)站（院系） 機(jī)械學(xué)院 一、課題名稱二、課題內(nèi)容三、課題任務(wù)要求四、同組設(shè)計(jì)者五、主要參考文獻(xiàn)1 陳紹龍，劉懷平.從選粉濃度解讀高效轉(zhuǎn)子選粉機(jī)技術(shù)：文獻(xiàn)，鹽城：科行建材環(huán)保公司，20042 許林發(fā).建筑材料機(jī)械設(shè)計(jì)（一）.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，19903 潘孝良.硅酸鹽工業(yè)機(jī)械過程及設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1993 4 葉達(dá)森.粉碎與制成.北京：中國建筑工業(yè)出版社，19925 汪讕.水泥工程師手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997.126 朱昆泉，許林發(fā).建材機(jī)械工程手冊.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2000.77 楮瑞卿.建材通用機(jī)械與設(shè)備.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1996.9 8 方景光.粉磨工藝及設(shè)備.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002.8 9 劉景洲.水泥機(jī)械設(shè)備安裝、修理及典型實(shí)例分析.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2002.1010 劉鐵忠.TLS系列組合式選粉機(jī)的開發(fā).水泥技術(shù)，1999（1）：1911 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.3.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.612 胡宗午，徐履冰，石來德.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.913 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.2.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.114 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.3.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.115 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.4.第4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.116 數(shù)字化手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(軟件版)R2.0.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.117 陳秀寧、施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).浙江：浙江大學(xué)出版社，200218 武漢建筑材料工業(yè)學(xué)院等學(xué)校.建筑材料機(jī)械及設(shè)備.北京：中國建筑工業(yè)出版社，198019 徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200220 吳一善主編.粉碎學(xué)概論.武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，199321 沈世德.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002指導(dǎo)教師簽字 教研室主任簽字 年 月 日（此任務(wù)書裝訂時(shí)放在畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告第一頁）目錄第一章 緒論1第二章 閃速存儲器簡介22.1 閃速存儲器的產(chǎn)生和發(fā)展22.2閃速存儲器的主要技術(shù)類型22.3閃速存儲器的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)52.4 閃速存儲器的工作模式72.5 閃速存儲器在大容量存儲器領(lǐng)域的應(yīng)用7第三章 設(shè)計(jì)方案收集和選擇93.1 設(shè)計(jì)思路93.2 方案1簡介93.2 方案2簡介132.3 方案比較和最終選擇15第四章 設(shè)計(jì)步驟174.1 繪制設(shè)計(jì)原理圖174.1.1 Orcad軟件簡介174.1.2 在Orcad中制作芯片封裝174.1.3 放置元件及連線204.1.4 原理圖CRC校驗(yàn)及檢錯(cuò)214.1.5 創(chuàng)建網(wǎng)表234.2 繪制PCB板圖234.2.1 PowerPCB軟件簡介234.2.2在PowerPCB中制作芯片封裝244.2.3 導(dǎo)入原理圖網(wǎng)表274.2.4 手動布線274.2.5 覆銅29第五章 作品調(diào)試及結(jié)論315.1 調(diào)試步驟315.2 結(jié)論325.3 對設(shè)計(jì)結(jié)果的分析和對作品改進(jìn)方面的考慮32謝辭33參考文獻(xiàn)34附錄35第一章 緒論電子硬盤(IDE Flash Disk)是具備高效能，高穩(wěn)定度的快速記憶體儲存媒體元件，是時(shí)下效能成本比最優(yōu)異的記憶體儲存媒體解決方案。電子硬盤能提供原始的、高性能的和高可靠的數(shù)據(jù)儲存，即使是在惡劣的條件下工作惡劣的溫度、撞擊、震動、干擾等，也不會對數(shù)據(jù)構(gòu)成威脅。它克服了機(jī)械硬盤的弊病，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、公共安全、電信、軍工、航空等高可靠性的數(shù)據(jù)領(lǐng)域，且由于它體積小、存儲空間靈活、費(fèi)用低，也廣泛地應(yīng)用于民用領(lǐng)域。電子硬盤中使用的存儲芯片是閃速存儲器Flash Memory，它是一種最早由Intel公司于20世紀(jì)80年代初開發(fā)的具有優(yōu)良電可擦除和可重復(fù)編程特性的新型存儲器。雖然進(jìn)入世界存儲器市場僅僅幾年，但它憑借著優(yōu)良的特性已經(jīng)逐漸開始取代傳統(tǒng)的EPROM、DRAM和SRAM，占據(jù)了十分重要的市場份額。隨著新技術(shù)、新工藝的不斷發(fā)展，F(xiàn)lash Memory集成度不斷提高，價(jià)格不斷降低，這使得其在便攜機(jī)上取代小容量硬盤已成為可能。本次設(shè)計(jì)的電子硬盤是一種由硬盤控制器（SST55LD019A）、供電電路（AME8800）、Flash Memory芯片（2*K9F5608U0B）和44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口組成的固態(tài)盤。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、外形輕巧、功耗較低、抗震性好，可廣泛應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)（如PC及外設(shè)、電信交換機(jī)、儀器儀表和車載系統(tǒng)）、軍用武器系統(tǒng)（雷達(dá)和導(dǎo)航系統(tǒng)）和各種新興的通信設(shè)備（如手機(jī)、傳真，網(wǎng)絡(luò)適配器）中。本次設(shè)計(jì)的目的在于實(shí)現(xiàn)電子硬盤在臺式機(jī)和便攜式計(jì)算機(jī)中替代普通硬盤的功能，因此，該電子硬盤在接口方面選用了兼容便攜式電腦主板的44pin標(biāo)準(zhǔn)ATA接口，并可以通過轉(zhuǎn)接口與臺式機(jī)主板實(shí)現(xiàn)兼容。第二章 閃速存儲器簡介2.1 閃速存儲器的產(chǎn)生和發(fā)展閃速存儲器又稱快擦寫型存儲器、快閃存儲器、閃爍存儲器，是20世紀(jì)80年代末期Intel公司發(fā)明的一種具有高密度、低成本、非易失性等特點(diǎn)的讀/寫半導(dǎo)體存儲器。它突破了傳統(tǒng)的存儲器體系，改善了現(xiàn)有存儲器的特性，因而是一種全新的存儲技術(shù)1。存儲器的發(fā)展都具有更大、更小、更低的趨勢，這在閃速存儲器行業(yè)表現(xiàn)得尤為淋漓盡致。隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，主流閃速存儲器廠家采用0.18m，甚至0.15m的制造工藝。借助于先進(jìn)工藝的優(yōu)勢，閃速存儲器的容量可以更大：NOR技術(shù)將出現(xiàn)256Mb的器件，NAND和AND技術(shù)已經(jīng)有1Gb的器件；同時(shí)芯片的封裝尺寸更?。簭淖畛鮀IP封裝，到PSOP、SSOP、TSOP封裝，再到BGA封裝，閃速存儲器已經(jīng)變得非常纖細(xì)小巧；先進(jìn)的工藝技術(shù)也決定了存儲器的低電壓的特性，從最初12V的編程電壓，逐漸下降到5V、3.3V、2.7V、1.8V單電壓供電。這符合國際上低功耗的潮流，更促進(jìn)了便攜式產(chǎn)品的發(fā)展2。另一方面，新技術(shù)、新工藝也推動閃速存儲器的位成本大幅度下降：采用NOR技術(shù)的Intel公司的28F128J3價(jià)格為25美元，NAND技術(shù)和AND技術(shù)的閃速存儲器將突破1MB 1美元的價(jià)位，使其具有了取代傳統(tǒng)磁盤存儲器的潛質(zhì)。世界閃速存儲器市場發(fā)展十分迅速，其規(guī)模接近DRAM（動態(tài)隨機(jī)存取存儲器）市場的1/4，與DRAM和SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器）一起成為存儲器市場的三大產(chǎn)品。閃速存儲器的迅猛發(fā)展歸因于資金和技術(shù)的投入，高性能低成本的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，刺激了閃速存儲器更廣泛的應(yīng)用，推動了行業(yè)的向前發(fā)展。 2.2閃速存儲器的主要技術(shù)類型目前，世界各大存儲器制造商在閃速存儲器中主要采用的技術(shù)有NOR、AND、NAND和EEPROM派生等。1、 NOR技術(shù)NOR技術(shù)又可分為NOR和DINOR兩種：NOR技術(shù)：NOR技術(shù)亦稱為Linear技術(shù)。采用NOR技術(shù)的閃速存儲器是最早出現(xiàn)的Flash Memory，目前仍是多數(shù)供應(yīng)商支持的技術(shù)架構(gòu)。它源于傳統(tǒng)的EPROM器件，與其它Flash Memory技術(shù)相比，具有可靠性高、隨機(jī)讀取速度快的優(yōu)勢，在擦除和編程操作較少而直接執(zhí)行代碼的場合，尤其是純代碼存儲的應(yīng)用中廣泛使用，如PC的BIOS固件、移動電話、硬盤驅(qū)動器的控制存儲器等。NOR技術(shù)Flash Memory具有以下特點(diǎn)：（1） 程序和數(shù)據(jù)可存放在同一芯片上，擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和地址總線，能快速隨機(jī)讀取，允許系統(tǒng)直接從Flash中讀取代碼執(zhí)行，而無需先將代碼下載至RAM中再執(zhí)行；（2） 可以單字節(jié)或單字編程，但不能單字節(jié)擦除，必須以塊為單位或?qū)φ瑘?zhí)行擦除操作，在對存儲器進(jìn)行重新編程之前需要對塊或整片進(jìn)行預(yù)編程和擦除操作。由于NOR技術(shù)Flash Memory的擦除和編程速度較慢，而塊尺寸又較大，因此擦除和編程操作所花費(fèi)的時(shí)間很長，在純數(shù)據(jù)存儲和文件存儲的應(yīng)用中，NOR技術(shù)顯得力不從心。不過，仍有支持者在以寫入為主的應(yīng)用，如CompactFlash卡中繼續(xù)看好這種技術(shù)。Intel公司的StrataFlash家族中的最新成員28F128J3，是迄今為止采用NOR技術(shù)生產(chǎn)的存儲容量最大的閃速存儲器件，達(dá)到128Mb（位），對于要求程序和數(shù)據(jù)存儲在同一芯片中的主流應(yīng)用是一種較理想的選擇。該芯片采用0.25m制造工藝，同時(shí)采用了支持高存儲容量和低成本的MLC技術(shù)。所謂MLC技術(shù)（多級單元技術(shù)）是指通過向多晶硅浮柵極充電至不同的電平來對應(yīng)不同的閾電壓，代表不同的數(shù)據(jù)，在每個(gè)存儲單元中設(shè)有4個(gè)閾電壓(00/01/10/11），因此可以存儲2b信息；而傳統(tǒng)技術(shù)中，每個(gè)存儲單元只有2個(gè)閾電壓（0/1），只能存儲1b信息。在相同的空間中提供雙倍的存儲容量，是以降低寫性能為代價(jià)的。Intel通過采用稱為VFM（虛擬小塊文件管理器）的軟件方法將大存儲塊視為小扇區(qū)來管理和操作，在一定程度上改善了寫性能，使之也能應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲中。DINOR技術(shù)：DINOR(Divided bit-line NOR)技術(shù)是Mitsubishi與Hitachi公司發(fā)展的專利技術(shù)，從一定程度上改善了NOR技術(shù)在寫性能上的不足。DINOR技術(shù)Flash Memory和NOR技術(shù)一樣具有快速隨機(jī)讀取的功能，按字節(jié)隨機(jī)編程的速度略低于NOR，而塊擦除速度快于NOR。這是因?yàn)镹OR技術(shù)Flash Memory編程時(shí)，存儲單元內(nèi)部電荷向晶體管陣列的浮柵極移動，電荷聚集，從而使電位從1變?yōu)?；擦除時(shí)，將浮柵極上聚集的電荷移開，使電位從0變?yōu)?。而DINOR技術(shù)Flash Memory在編程和擦除操作時(shí)電荷移動方向與前者相反。DINOR技術(shù)Flash Memory在執(zhí)行擦除操作時(shí)無須對頁進(jìn)行預(yù)編程，且編程操作所需電壓低于擦除操作所需電壓，這與NOR技術(shù)相反。盡管DINOR技術(shù)具有針對NOR技術(shù)的優(yōu)勢，但由于自身技術(shù)和工藝等因素的限制，在當(dāng)前閃速存儲器市場中，它仍不具備與發(fā)展數(shù)十年，技術(shù)、工藝日趨成熟的NOR技術(shù)相抗衡的能力。目前DINOR技術(shù)Flash Memory的最大容量達(dá)到64Mb。Mitsubishi公司推出的DINOR技術(shù)器件M5M29GB/T320，采用Mitsubishi和Hitachi的專利BGO技術(shù)，將閃速存儲器分為四個(gè)存儲區(qū)，在向其中任何一個(gè)存儲區(qū)進(jìn)行編程或擦除操作的同時(shí)，可以對其它三個(gè)存儲區(qū)中的一個(gè)進(jìn)行讀操作，用硬件方式實(shí)現(xiàn)了在讀操作的同時(shí)進(jìn)行編程和擦除操作，而無須外接EEPROM。由于有多條存取通道，因而提高了系統(tǒng)速度。該芯片采用0.25m制造工藝，不僅快速讀取速度達(dá)到80ns，而且擁有先進(jìn)的省電性能。在待機(jī)和自動省電模式下僅有0.33W功耗，當(dāng)任何地址線或片使能信號200ns保持不變時(shí)，即進(jìn)入自動省電模式。對于功耗有嚴(yán)格限制和有快速讀取要求的應(yīng)用，如數(shù)字蜂窩電話、汽車導(dǎo)航和全球定位系統(tǒng)、掌上電腦和頂置盒、便攜式電腦、個(gè)人數(shù)字助理、無線通信等領(lǐng)域中可以一展身手。2、 NAND技術(shù)NAND技術(shù)又可分為NAND和UltraNAND兩種：NAND技術(shù)：三星（Samsung）、東芝（TOSHIBA）和富士（Fujistu）支持NAND技術(shù)Flash Memory。這種結(jié)構(gòu)的閃速存儲器適合于純數(shù)據(jù)存儲和文件存儲，主要作為SmartMedia卡、CompactFlash卡、PCMCIA ATA卡、固態(tài)盤的存儲介質(zhì)，并正成為閃速磁盤技術(shù)的核心。NAND技術(shù)Flash Memory具有以下特點(diǎn)：（1） 以頁為單位進(jìn)行讀和編程操作，1頁為256或512B（字節(jié)）；以塊為單位進(jìn)行擦除操作，1塊為4K、8K或16KB。具有快編程和快擦除的功能，其塊擦除時(shí)間是2ms；而NOR技術(shù)的塊擦除時(shí)間達(dá)到幾百ms。（2） 數(shù)據(jù)、地址采用同一總線，實(shí)現(xiàn)串行讀取。隨機(jī)讀取速度慢且不能按字節(jié)隨機(jī)編程。（3） 芯片尺寸小，引腳少，是位成本(bit cost)最低的固態(tài)存儲器，將很快突破每兆字節(jié)1美元的價(jià)格限制。（4） 芯片包含有失效塊，其數(shù)目最大可達(dá)到335塊（取決于存儲器密度）。失效塊不會影響有效塊的性能，但設(shè)計(jì)者需要將失效塊在地址映射表中屏蔽起來。 Samsung公司在1999年底開發(fā)出世界上第一顆1Gb NAND技術(shù)閃速存儲器。據(jù)稱這種Flash Memory可以存儲560張高分辨率的照片或32首CD質(zhì)量的歌曲，將成為下一代便攜式信息產(chǎn)品的理想媒介。Samsung采用了許多DRAM的工藝技術(shù)，包括首次采用0.15m的制造工藝來生產(chǎn)這顆Flash。已經(jīng)批量生產(chǎn)的K9K1208UOM采用0.18m工藝，存儲容量為512Mb3。UltraNANDAMD與Fujistu共同推出的UltraNAND技術(shù)，稱之為先進(jìn)的NAND閃速存儲器技術(shù)。它與NAND標(biāo)準(zhǔn)兼容：擁有比NAND技術(shù)更高等級的可靠性；可用來存儲代碼，從而首次在代碼存儲的應(yīng)用中體現(xiàn)出NAND技術(shù)的成本優(yōu)勢；它沒有失效塊，因此不用系統(tǒng)級的查錯(cuò)和校正功能，能更有效地利用存儲器容量。與DINOR技術(shù)一樣，盡管UltraNAND技術(shù)具有優(yōu)勢，但在當(dāng)前的市場上仍以NAND技術(shù)為主流。UltraNAND家族的第一個(gè)成員是AM30LV0064，采用0.25m制造工藝，沒有失效塊，可在至少104次擦寫周期中實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)操作，適用于要求高可靠性的場合，如電信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、個(gè)人數(shù)字助理、固態(tài)盤驅(qū)動器等。研制中的AM30LV0128容量達(dá)到128Mb，而AMD的計(jì)劃UltraNAND技術(shù)Flash Memory將突破每兆字節(jié)1美元的價(jià)格限制，更顯示出它對于NOR技術(shù)的價(jià)格優(yōu)勢。3、AND技術(shù)AND技術(shù)是日立（Hitachi）公司的專利技術(shù)。Hitachi和三菱（Mitsubishi）共同支持AND技術(shù)的Flash Memory。AND技術(shù)與NAND一樣采用“大多數(shù)完好的存儲器”概念，目前，在數(shù)據(jù)和文檔存儲領(lǐng)域中是另一種占重要地位的閃速存儲技術(shù)。Hitachi和Mitsubishi公司采用0.18m的制造工藝，并結(jié)合MLC技術(shù)，生產(chǎn)出芯片尺寸更小、存儲容量更大、功耗更低的512Mb-AND Flash Memory，再利用雙密度封裝技術(shù)DDP（Double Density Package Technology），將2片512Mb芯片疊加在1片TSOP48的封裝內(nèi)，形成一片1Gb芯片。HN29V51211T具有突出的低功耗特性，讀電流為2mA，待機(jī)電流僅為1A，同時(shí)由于其內(nèi)部存在與塊大小一致的內(nèi)部RAM 緩沖區(qū)，使得AND技術(shù)不像其他采用MLC的閃速存儲器技術(shù)那樣寫入性能嚴(yán)重下降。Hitachi公司用該芯片制造128MB的MultiMedia卡和2MB的PC-ATA卡，用于智能電話、個(gè)人數(shù)字助理、掌上電腦、數(shù)字相機(jī)、便攜式攝像機(jī)、便攜式音樂播放機(jī)等4。4、由EEPROM派生的閃速存儲器EEPROM具有很高的靈活性，可以單字節(jié)讀寫（不需要擦除，可直接改寫數(shù)據(jù)），但存儲密度小，單位成本高。部分制造商生產(chǎn)出另一類以EEPROM做閃速存儲陣列的Flash Memory，如ATMEL、SST的小扇區(qū)結(jié)構(gòu)閃速存儲器（Small Sector Flash Memory）和ATMEL的海量存儲器（Data-Flash Memory）。這類器件具有EEPROM與NOR技術(shù)Flash Memory二者折衷的性能特點(diǎn)：（1）讀寫的靈活性遜于EEPROM，不能直接改寫數(shù)據(jù)。在編程之前需要先進(jìn)行頁擦除，但與NOR技術(shù)Flash Memory的塊結(jié)構(gòu)相比其頁尺寸小，具有快速隨機(jī)讀取和快編程、快擦除的特點(diǎn)。（2）與EEPROM比較，具有明顯的成本優(yōu)勢。（3）存儲密度比EEPROM大，但比NOR技術(shù)Flash Memory小，如Small Sector Flash Memory的存儲密度可達(dá)到4Mb，而32Mb的DataFlash Memory芯片有試用樣品提供。正因?yàn)檫@類器件在性能上的靈活性和成本上的優(yōu)勢，使其在如今閃速存儲器市場上仍占有一席之地。Small Sector Flash Memory采用并行數(shù)據(jù)總線和頁結(jié)構(gòu)（1頁為128或256B），對頁執(zhí)行讀寫操作，因而既具有NOR技術(shù)快速隨機(jī)讀取的優(yōu)勢，又沒有其編程和擦除功能的缺陷，適合代碼存儲和小容量的數(shù)據(jù)存儲，廣泛地用以替代EPROM。DataFlash Memory是ATMEL的專利產(chǎn)品，采用SPI串行接口，只能依次讀取數(shù)據(jù)，但有利于降低成本、增加系統(tǒng)的可靠性、縮小封裝尺寸。主存儲區(qū)采取頁結(jié)構(gòu)。主存儲區(qū)與串行接口之間有2個(gè)與頁大小一致的SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。特殊的結(jié)構(gòu)決定它存在多條讀寫通道：既可直接從主存儲區(qū)讀取數(shù)據(jù)，又可通過緩沖區(qū)從主存儲區(qū)讀取或向主存儲區(qū)寫入數(shù)據(jù)，兩個(gè)緩沖區(qū)之間可以相互讀取或?qū)懭?，主存儲區(qū)還可借助緩沖區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。適合于諸如答錄機(jī)、尋呼機(jī)、數(shù)字相機(jī)等能接受串行接口和較慢讀取速度的數(shù)據(jù)或文件存儲應(yīng)用。2.3閃速存儲器的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)閃速存儲器是一類非易失性存儲器NVM（Non-Volatile Memory），即在供電電源關(guān)閉后仍能保持片內(nèi)信息；而諸如DRAM、SRAM這類易失性存儲器，當(dāng)供電電源關(guān)閉時(shí)片內(nèi)信息隨即丟失。閃速存儲器集中了其它類非易失性存儲器的特點(diǎn)：與 EPROM（電可編程只讀存儲器）相比較，閃速存儲器具有明顯的優(yōu)勢在系統(tǒng)中具有電可擦除和可重復(fù)編程的特性，而不需要特殊的高電壓（某些第一代閃速存儲器也要求高電壓來完成擦除和/或編程操作）；與EEPROM相比較，閃速存儲器具有成本低、密度大的特點(diǎn)5。閃速存儲器的存儲元電路是在CMOS單晶體管EPROM存儲元的基礎(chǔ)上制造的，因此集成度高且具有非易失性。所不同的是，EPROM借助紫外線擦除，而閃速存儲器則實(shí)施了電擦除和重新編程能力，同時(shí)具有單一供電特性。由于其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的EPROM，所以得到了快速發(fā)展。閃速存儲器主要由存儲體、地址緩沖器、譯碼器、命令用戶接口（CUI）、狀態(tài)標(biāo)示寄存器、寫狀態(tài)WSM、復(fù)接器和數(shù)據(jù)輸入/輸出電路等邏輯電路構(gòu)成。圖2-1所示為閃速存儲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖：控制信號命令用戶接口（CUI）寫狀態(tài)WSM狀態(tài)/標(biāo)示寄存器輸入/輸出緩沖器復(fù)接器Y門存儲體地址總線地 Y譯碼器址鎖 X譯碼器存器 數(shù)據(jù)總線 . . . . .圖2-1 閃速存儲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖存儲體用于存放信息。為方便應(yīng)用，閃速存儲器將存儲體中的存儲單元分為各種功能模塊，各模塊的大小不等，存儲內(nèi)容不同，操作時(shí)各自獨(dú)立。各模塊分別占據(jù)整個(gè)閃速存儲器芯片尋址空間的一部分，各塊可以定義為不同的操作模式，可以單獨(dú)進(jìn)行編程，而不影響其他模塊中的數(shù)據(jù)信息，所以閃速存儲器可以很方便地對數(shù)據(jù)實(shí)行塊操作。地址緩沖器和譯碼器用于對地址總線上的地址編碼進(jìn)行譯碼，以便對芯片中的存儲單元進(jìn)行尋址訪問。閃速存儲器通常采用雙譯碼。輸入/輸出電路位于數(shù)據(jù)線和存儲單元之間，用于控制被選中的存儲單元的讀出或?qū)懭?。命令用戶接口（CUI）負(fù)責(zé)閃速存儲器外部用戶命令與其內(nèi)部寫狀態(tài)機(jī)之間的接口，由寫狀態(tài)根據(jù)外部輸入到閃速存儲器中的命令來控制整個(gè)存儲芯片的各項(xiàng)操作。寫狀態(tài)機(jī)控制模塊的擦除和頁面編程操作，通過寫入到命令用戶接口（CUI）中的命令來選擇操作模式。寫狀態(tài)完成相應(yīng)操作時(shí)，其狀態(tài)反映在狀態(tài)寄存器中。狀態(tài)/標(biāo)示寄存器提供芯片編程或擦除操作的各種狀態(tài)信息7。2.4 閃速存儲器的工作模式閃速存儲器的工作模式有多種，大體上可以分為寫操作模式、讀操作模式、輸出禁止操作模式、在線等待模式和關(guān)閉電源模式。讀操作模式：閃速存儲器具有3種讀操作模式，分別針對存儲陣列中數(shù)據(jù)信息的讀取、狀態(tài)寄存器的讀取和標(biāo)示碼的讀取等，不同的讀操作對應(yīng)不同的命令。讀操作前需要將各種讀命令預(yù)先寫入命令用戶接口（CUI）。在初始狀態(tài)下，閃速存儲器自動復(fù)位在讀存儲陣列模式。寫操作模式：在一定的編程電壓下，通過命令用戶接口（CUI）實(shí)現(xiàn)存儲體中各存儲模塊信息的擦除、編程及其他操作。在線等待模式：當(dāng)片選信號處于某種狀態(tài)（通常為高電平）時(shí)，芯片處于在線等待模式，該模式抑制了大部分電路，因而大大降低了器件的功耗，數(shù)據(jù)引腳也處于高阻狀態(tài)。例如，在塊擦除或塊編程期間，如果原來被選中的存儲塊后來被取消，此時(shí)其內(nèi)部控制電路仍然維持有功電流，芯片功耗降至在線等待狀態(tài)，直至當(dāng)前操作結(jié)束。輸出禁止操作模式：芯片的輸出允許控制端處于某種狀態(tài)（通常為高電平）時(shí)，芯片被禁止輸出，數(shù)據(jù)輸出引腳置于高阻狀態(tài)。關(guān)閉電源模式：關(guān)閉電源模式實(shí)際上是非工作狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，芯片功耗最低，數(shù)據(jù)輸入和輸出引腳均處于高阻狀態(tài)。閃速存儲器一般有數(shù)據(jù)保護(hù)功能，可以對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。如果工作中發(fā)生掉電情況，通過對存儲體中每個(gè)分塊對應(yīng)的鎖定位的設(shè)置，可以決定能否對塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。另外，大多數(shù)閃速存儲器還有一個(gè)寫保護(hù)引腳，該引腳有效時(shí)，可以將閃速存儲器設(shè)為只讀狀態(tài)，禁止對鎖定位對應(yīng)的存儲塊進(jìn)行任何修改8。2.5 閃速存儲器在大容量存儲器領(lǐng)域的應(yīng)用在現(xiàn)階段，閃速存儲器除了取代EPROM和EEPROM來存放主板和顯卡的BIOS（基本輸入/輸出系統(tǒng)）外，還廣泛應(yīng)用于便攜式計(jì)算機(jī)的PC卡存儲器（固態(tài)硬盤）。閃速存儲器芯片耗電低、集成度高、體積小、可靠性高，且讀取速度大大高于硬盤驅(qū)動器，加之沒有機(jī)電移動裝置，抗震性能好，非常適合便攜機(jī)之類的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成為替代磁盤的一種理想工具，近年來在USB等接口的電子盤和數(shù)碼相機(jī)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。閃速存儲器直接與CPU相連，由于省去了從磁盤到RAM的加載過程，工作速度僅僅取決于閃速存儲器的存取時(shí)間，使CPU實(shí)現(xiàn)了無等待時(shí)間，用戶得以充分享受程序和數(shù)據(jù)的高速存取。另外，閃速存儲器是一種高密度的廉價(jià)存儲器，1M位閃速存儲器的單位成本比SRAM低一半以上，16M位的單位成本更低。相同存儲器容量的閃速存儲器和DRAM相比，位成本基本接近，但閃速存儲器不需要后援存儲器（磁盤）的額外開銷和空間9。由于閃速存儲器可用作固態(tài)大容量存儲器，且它與普通硬盤相比，可靠性及耐用性好，抗沖擊、抗振動能力強(qiáng)，功耗低。因此，隨著閃速存儲器集成度不斷提高，價(jià)格不斷降低，使其在便攜機(jī)上取代小容量硬盤已成為可能10。目前研制的閃速存儲器都符合PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)，可以十分方便地用于各種便攜式計(jì)算機(jī)中以取代磁盤。以車載系統(tǒng)為例：作為車載系統(tǒng)信息集成的硬件平臺GPS車載導(dǎo)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?yàn)橐cCPU進(jìn)行頻繁的通信、進(jìn)行高速協(xié)調(diào)工作，它的可靠程度直接決定了導(dǎo)航儀的可靠性。采用磁原理的普通PC機(jī)硬盤，抗振動能力差、易于損壞，不適于車載。因此，大容量的采用閃速存儲器的電子硬盤是一個(gè)比較理想的選擇11。目前，閃速存儲器已經(jīng)成為制作電子硬盤的主流介質(zhì)，如果是制作容量在2MB以下的電子硬盤可以選用27/28/29系列的芯片，單片容量在512KB，成本只有幾十元，若需要更大容量，就必需采用高密度Flash，也就是NAND型的Flash。這種Flash起點(diǎn)價(jià)格較高，但起點(diǎn)容量更高，最小的4MB、8MB已經(jīng)停產(chǎn)，一般是16MB（相當(dāng)于128Mbit）起步，所以每MB的價(jià)格相對而言比較劃算。隨著PC機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，老式的ISA插槽越來越少，即將淘汰，所以ISA插卡的產(chǎn)品繼續(xù)做成插卡式的話必須向PCI轉(zhuǎn)型12。在這一形勢下，采用IDE接口的電子硬盤應(yīng)運(yùn)而生，可以說IDE接口的電子硬盤更接近普通硬盤，ISA卡式電子硬盤主要有Flash和邏輯電路組成，只是將Flash映射到PC機(jī)內(nèi)存區(qū)，例如0xd800，開一個(gè)窗口實(shí)現(xiàn)讀寫，驅(qū)動程序是ROMBIOS的擴(kuò)展。IDE接口的電子硬盤除了使用Flash外，還有專門提供IDE接口的CPU和為提高訪問速度而設(shè)置的Cache，所以有更好的性能表現(xiàn)，安裝IDE接口的電子硬盤和普通硬盤完全相同。IDE接口電子硬盤從安裝方式而言可以分兩種，一種是模塊結(jié)構(gòu)，體積小巧，另一種外觀與普通硬盤一樣的。模塊結(jié)構(gòu)比較便宜，普通硬盤結(jié)構(gòu)價(jià)格稍貴，一般工程客戶應(yīng)該選用模塊結(jié)構(gòu)的以降低成本。IDE接口的電子硬盤由于容量較大，與硬盤直接互換，也就是說與操作系統(tǒng)無關(guān)，故非常適合用于信息家電場合，裝載Windows核心程序、Linux系統(tǒng)及相應(yīng)的應(yīng)用程序諸如瀏覽器、電子郵件程序等等，此外還有工業(yè)控制、嵌入式系統(tǒng)等專門領(lǐng)域用到的多種操作系統(tǒng)，只要能用普通硬盤的地方，IDE接口的電子硬盤都能勝任，這些系統(tǒng)舉例如下：Linux, QNX, Informer, Lineo and Linux Based OS,PSOS, VxWorks, iRMX, Super Task ,Windows NT, Embedded NT, Win95/98/2000, Win CE, DOS 5.0/6.22等等13。第三章 設(shè)計(jì)方案收集和選擇3.1 設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)的電子硬盤，主要應(yīng)由供電電路、硬盤控制器、閃速存儲器芯片組成，接口采用題目要求的IDE接口。供電電路是電子硬盤的動力來源，它把主機(jī)通過IDE接口輸入的+5v電壓轉(zhuǎn)換為各塊芯片所需的工作電壓，電子硬盤的穩(wěn)定首先來自電源輸入的穩(wěn)定，因此供電電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)中十分重要的一環(huán)。硬盤控制器作為主機(jī)和閃速存儲器的傳輸紐帶，通過總線與IDE接口和閃速存儲器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，通過各種控制信號控制對閃速存儲器存儲區(qū)域的讀寫操作。同時(shí)，硬盤控制器可以接受來自主機(jī)的控制信號，并通過該信號改變電子硬盤的工作方式。閃速存儲器作為電子硬盤的存儲介質(zhì)，主要功能在于長期、穩(wěn)定和安全地保證數(shù)據(jù)的儲存。經(jīng)過大量網(wǎng)絡(luò)和文獻(xiàn)資料的搜集和整理工作，我最后挑選出兩個(gè)比較合適的方案。我將在下面的敘述中對這兩個(gè)方案做出具體的分析和比較，以確定最終的設(shè)計(jì)方案。3.2 方案1簡介方案1包括硬盤控制器MX9691L，程序存儲器MX28F2100T，數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器74F245（2片），控制總線驅(qū)動器74F244，閃速存儲器芯片K9F5608U0B（32M*8bit，2片），44pin 標(biāo)準(zhǔn)IDE接口。 硬盤控制器采用的是旺宏公司生產(chǎn)的電子硬盤專用控制器MX9691L，為128腳LQFP封裝，具有寬工作電壓范圍3.35V，可提供標(biāo)準(zhǔn)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(shí)鐘、復(fù)位電路等。采用MX9691作為Flash硬盤的驅(qū)動控制器有很多優(yōu)點(diǎn)。MX9691為旺宏公司生產(chǎn)的專用硬盤驅(qū)動控制芯片，優(yōu)化功能強(qiáng)大，沒有冗余模塊且封裝緊湊，便于進(jìn)一步小型化和降低功耗。MX9691支持PIO Mode-4、Multi-word DMA Mode-2兩種最新的傳輸模式,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(qiáng)大的軟件支持，很多固件可以直接購買。因?yàn)镸X9691支持在線編程，升級和維護(hù)非常簡單。另外，MX9691為低功耗設(shè)計(jì)，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(jìn)入相應(yīng)的節(jié)電模式，因此功耗很低14。MX9691L的功能框圖如圖3-1所示：圖3-1 MX9691L的功能框圖Flash 芯片采用的是三星公司生產(chǎn)的K9F5608U0B。它是48腳表面封裝器件，采用TSOP-48封裝，內(nèi)部具有(32M+1024K)×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(gè)528字節(jié)的數(shù)據(jù)寄存器，可以用于頁讀、頁編程操作時(shí)數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)換。它可以進(jìn)行528字節(jié)為一頁的頁讀和寫操作，并可以進(jìn)行以16K為一塊的塊擦除操作。K9F5608U0B的突出優(yōu)點(diǎn)在于：命令、地址和數(shù)據(jù)信息均通過8條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(yīng)的單元15。Flash硬盤工作原理框圖如圖3-2所示，硬盤控制器MX9691是CPU與Flash存儲器進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)高速交換。因?yàn)椴捎弥芷诟`取技術(shù)(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(quán)。因?yàn)椴捎酶咚俚腗X93011 DSP內(nèi)核(21Mips)，進(jìn)行主機(jī)到緩沖區(qū)的突發(fā)數(shù)據(jù)傳送時(shí)速率可以達(dá)到20MB/s。同時(shí)，MX9691還支持PIO模式4(16.6MB/s)和DMA模式2(16.6MB/s)。IDE接口控制器 IOW IOR REG HA0 HA1標(biāo)準(zhǔn)IDE接口復(fù)位電路IOW# A0A7IOR#REG#HA0#HA1# A8A15MX9691L FCE# RDFLASH# WRFLASH#ROMWR# FALE#RD# FCLE#ROMCS 復(fù)位電路CS 程序存儲器RD MX28F2100TWR數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器74F245數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器74F245控制總線驅(qū)動器74F244D0D7D8D15K9F5608U0BCERDWRALECLE DB1 DB1 CE1 DB DB2 CB DB2 DB CE2 DMA控制 2片 DB AB CB圖3-2 Flash硬盤工作原理框圖硬盤控制器在與Flash存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信操作時(shí)，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(jìn)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的時(shí)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(yīng)的Flash芯片。在WR和WRFLASH同時(shí)有效時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入相應(yīng)的Flash存儲單元中。讀操作與此類似。MX9691L的讀操作時(shí)序和寫操作時(shí)序分別如圖3-3和圖3-4所示：圖3-3 MX9691L的讀操作時(shí)序圖3-4 MX9691L的寫操作時(shí)序MX28F2100T為程序存貯器，它通過標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動器，在所選Flash存儲器較多時(shí)可以提高總線驅(qū)動能力?？紤]到電子硬盤應(yīng)用的廣泛性，在接口方面選擇了44pin標(biāo)準(zhǔn)ATA接口。44pinIDE接口定義完全與便攜式計(jì)算機(jī)硬盤相同，也可以通過轉(zhuǎn)接口轉(zhuǎn)為40pin數(shù)據(jù)口和4pin電源口，實(shí)現(xiàn)與臺式機(jī)主板兼容。44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口定義如表3-1所示：表3-1 44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口定義引腳號信號名稱及描述引腳號信號名稱及描述1RST#2GND3DATA74DATA85DATA66DATA97DATA58DATA109DATA410DATA1111DATA312DATA1213DATA214DATA1315DATA116DATA1417DATA018DATA1519GND20KEY-PIN21IDE$PDREQ22GND23IDE$PIOWR*24GND25IDE$PIORR*26GND27IDE$PIORDYR28PLL-Vcc29IDE$PDACK*30GND31ISA$IRQ1432PLL-Vcc33IDE$A134NC35IDE$A036IDE$A237IDE$CS0*38IDE$CS1*39-HD_LED140GND41Vcc42Vcc43GND44GND3.2 方案2簡介方案2包括硬盤控制器SST55LD019A，閃速存儲器芯片K9F5608U0B（32M*8bit，2片），供電部分300mA CMOS 線性穩(wěn)壓器AME8800，44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口。硬盤控制器使用的是SST公司生產(chǎn)的SST55LD019A，它使用100pin的TQFP封裝，具有低功耗（工作電壓3.3v-5v）、主機(jī)讀取速度快（最快可達(dá)10M/s）、穩(wěn)定性好（可在-4085的工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行）、兼容性好（支持PIO Mode-4、Multi-word DMA Mode-2兩種最新的傳輸模式，兼容標(biāo)準(zhǔn)NAND型Flash Memory）等優(yōu)點(diǎn)。SST55LD019A主要包括微處理器單元（MCU）、內(nèi)部直接存儲器接入（DMA）、電源管理單元（PMU）、SRAM緩沖器、嵌入式閃存文件系統(tǒng)、糾錯(cuò)編碼（ECC）、串行通信接口（SCI）和多任務(wù)接口。 微處理器單元（MCU）：微處理器單元把ATA/IDE信號轉(zhuǎn)換成閃存芯片所需的數(shù)據(jù)和控制信號。 內(nèi)部直接存儲器接入（DMA）：ATA閃存盤控制器使用內(nèi)部DMA允許常用數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)轉(zhuǎn)移到閃存芯片。這種執(zhí)行方式可以減少微處理器使用傳統(tǒng)的、基于固件的連接方式，從而增加了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的速率。 電源管理單元（PMU）：電源管理單元控制ATA閃存盤控制器的電源消耗，它通過使沒有工作的電路部分進(jìn)入休眠狀態(tài)，極大地降低了閃存盤控制器的電源消耗。 SRAM緩沖器對ATA閃存盤控制器的正常運(yùn)行發(fā)揮了重大作用，它優(yōu)化了主機(jī)和閃存芯片之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。 嵌入式閃存文件系統(tǒng)是ATA閃存盤控制器的一個(gè)集成部分。它包括了實(shí)現(xiàn)以下操作的MCU固件：a 轉(zhuǎn)換主機(jī)信號以便對閃存芯片進(jìn)行讀寫。b 通過把對閃存芯片的寫入擴(kuò)展到所有未被使用的地址空間，從而極大地降低了閃存芯片的損耗程度并增加芯片的使用壽命。c 維護(hù)數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)路徑。d 管理被選擇的保護(hù)區(qū)域的系統(tǒng)安全性。 糾錯(cuò)編碼（ECC）：ATA閃存盤控制器利用72bit的Reed-Solomon錯(cuò)誤檢測碼糾錯(cuò)編碼，這兩種編碼提供了每個(gè)512字節(jié)數(shù)據(jù)塊對以下錯(cuò)誤的免疫性：a3個(gè)隨機(jī)12bit的符號錯(cuò)誤（可修正）。b25bit的單突變碼錯(cuò)誤（可修正）。c61bit的單突變碼錯(cuò)誤和15bit的雙突變碼錯(cuò)誤（可檢測）。d6個(gè)隨機(jī)12bit的符號錯(cuò)誤（可檢測）。 串行通信接口（SCI）：串行通信接口被設(shè)計(jì)為使用戶能夠重新啟動初始化過程和定制驅(qū)動識別信息。 多任務(wù)接口：多任務(wù)接口通過允許并發(fā)讀取、編程和擦除操作來成倍增加閃存設(shè)備，實(shí)現(xiàn)快速、持續(xù)的寫入操作16。SST55LD019A的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示：圖3-5 SST55LD019A的功能結(jié)構(gòu)框圖 由于三星公司生產(chǎn)的閃速存儲器芯片對ATA閃存盤控制器有著良好的兼容性，因此，方案2中的閃速存儲器芯片同樣采用了2片三星公司的K9F5608U0B，構(gòu)成64M的容量。方案2特別地把整個(gè)電路的供電部分作為重點(diǎn)，采用了AME公司生產(chǎn)的AME8800。AME8800是一種CMOS線性穩(wěn)壓器（LDO），它采用SOT23封裝，主要優(yōu)點(diǎn)有：很低的壓降，誤差精確到1.5%以內(nèi)的穩(wěn)定300mA電流輸出，自動過溫保護(hù)和過流保護(hù)，可在出廠時(shí)預(yù)置輸出電壓等（本次設(shè)計(jì)使用的AME8800輸出電壓在出廠時(shí)被設(shè)為3.3v）17。AME8800的典型應(yīng)用電路圖如圖3-6所示：圖3-6 AME8800的典型應(yīng)用電路圖 同樣考慮到和便攜式電腦和臺式機(jī)主板兼容性的原因，方案2中同樣采用了44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口。2.3 方案比較和最終選擇對比方案1和方案2，主要的區(qū)別在于硬盤控制器和供電部分的選擇。1、 硬盤控制器的比較：由圖3-1和圖3-5，我們可以列出以下表格：表3-2 MX9691L和SST55LD019A的功能結(jié)構(gòu)對比功能模塊MX9691LSST55LD019A微控制器單元MX93011 DSP COREMCUPCMCIA/ATA接口（并行）支持支持SCI接口（串行）不支持支持SRAM緩沖器有有內(nèi)部DMA（內(nèi)部直接存儲器訪問）不支持支持內(nèi)部ECC（糾錯(cuò)編碼）有有內(nèi)部電源管理無PMU多任務(wù)接口（支持多片閃存芯片）支持支持嵌入式Flash文件系統(tǒng)無有內(nèi)部時(shí)鐘源和復(fù)位電路有有從表3-2可以看出，SST55LD019A和MX9691L相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：a、提供了對串行通信方式的支持。b、內(nèi)部提供了嵌入式Flash文件系統(tǒng)，可以省去外接程序存儲器的麻煩。c、通過對內(nèi)部DMA的支持大大提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的速率。d、出色的內(nèi)部電源管理也能夠通過休眠不工作的模塊來降低電路的功耗。因此，相對而言，以SST55LD019A作為硬盤控制器較為合適。2、供電部分的比較：方案1中并沒有采用專門的供電電路，而是直接從44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口的41和42腳輸入+5v電壓，直接供給硬盤控制器和閃存芯片，雖然+5v輸入電壓仍在芯片的可靠工作范圍之內(nèi)，但是僅僅依靠芯片外圍的幾個(gè)模擬元件無法保證穩(wěn)定的電壓和電流輸出，當(dāng)輸入電流或工作電壓超過電路負(fù)荷時(shí)也無法采取必要的安全措施來保護(hù)電路。而方案2中采用了專門的供電用芯片CMOS線性穩(wěn)壓器AME8800，可以既保證較低的壓降又能精確地保證300mA的穩(wěn)定電流輸出，同時(shí)它自帶的過流保護(hù)和過溫保護(hù)功能也能在突發(fā)情況下自動切斷電源，保護(hù)電路的安全。因此，從電路穩(wěn)定供電和安全的角度看，方案2是比較合適的。除了以上兩個(gè)主要區(qū)別外，由于方案1中還額外采用了一片程序存儲器，兩片總線驅(qū)動器和一片總線控制器，使得電路的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，功耗也較高，因此，從電路的復(fù)雜性和整體功耗角度看，方案2也是比較合適的。綜合以上幾點(diǎn)，最后我選擇了方案2作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最終方案。第四章 設(shè)計(jì)步驟4.1 繪制設(shè)計(jì)原理圖4.1.1 Orcad軟件簡介Orcad是著名的電氣設(shè)計(jì)類軟件開發(fā)商Cadence公司出品OrCAD Suite With PSpice V10.5中的一個(gè)組件，它可以讓PCB的設(shè)計(jì)進(jìn)入更細(xì)節(jié)階段。與PSpice結(jié)合可應(yīng)用于在Allegro平臺上。此套軟件為一完整涵蓋前端至后端、使用微軟Windows平臺的流程，可以供印刷電路板(PCB) 設(shè)計(jì)師透過工具整合與程式自動化改善生產(chǎn)力和縮短進(jìn)入市場的時(shí)間。 Orcad Unison Suite 整合了四種新近加強(qiáng)型的產(chǎn)品，在單一套裝軟體當(dāng)中即可提供設(shè)計(jì)師所需的所有工具：供設(shè)計(jì)輸入的Orcad CaptureR；供類比與混合訊號模擬用的PSpiceR A/D Basics；供電路板設(shè)計(jì)的 Orcad LayoutR以及供高密度電路板自動繞線的SPECCTRAR 4U。在本次設(shè)計(jì)中，我采用了Orcad CaptureR進(jìn)行原理圖的繪制，它的優(yōu)點(diǎn)在于具有快捷、通用的設(shè)計(jì)輸入能力，使OrCAD Capture原理圖輸入系統(tǒng)成為全球范圍內(nèi)廣受歡迎 的設(shè)計(jì)輸入工具。它針對設(shè)計(jì)一個(gè)新的模擬電路、修改現(xiàn)有的一個(gè)PCB的原理圖，或者繪制一個(gè)HDL模塊的方框圖，都提供了你所需要的全部功能，并且可以迅速地驗(yàn)證你的設(shè)計(jì)。OrCAD Capture作為設(shè)計(jì)輸入工具，它運(yùn)行在PC平臺，用于FPGA、PCB和PSpice設(shè)計(jì)應(yīng)用中。它是業(yè)界第一個(gè)真正基于Windows環(huán)境的原理圖輸入程序。Capture易于使用的功能和特點(diǎn)使其已經(jīng)成為了原理圖輸入的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。4.1.2 在Orcad中制作芯片封裝Orcad軟件本身帶有一個(gè)比較完整的元件庫，包括了常用的數(shù)字和模擬元件。如果元件庫中含有設(shè)計(jì)所需的元件，則可以在繪制原理圖時(shí)直接調(diào)用，但本次設(shè)計(jì)所需的元件并沒有被包括在元件庫中，因此，在繪制原理圖之前，必須制作所需元件的封裝，具體步驟如下：首先，在OrCAD的菜單欄中，選擇文件（File）新建（New）元件庫（Library）,在主界面上出現(xiàn)一個(gè)分支結(jié)構(gòu)，在C:/Library1.olb上單擊右鍵，選擇新建元件（New Part），如圖4-1所示。選擇新建元件后，在彈出的對話框中可以設(shè)置元件名、元件封裝類型和元件管腳數(shù)字的排列順序，如圖4-2所示。設(shè)置完元件的以上信息，就可以點(diǎn)擊確定（OK）進(jìn)入元件封裝的制作了，OrCAD提供了制作芯片封裝設(shè)計(jì)的工具欄，使用這些工具可以很方便地進(jìn)行元件管腳的繪制、總線的繪制等工作。圖4-1 在元件庫中新建元件圖4-2 自定義元件信息設(shè)置使用以上工具制作的各元件封裝如下所示： SST55LD019A：圖4-3 SST55LD019A的封裝圖 K9F5608U0B：圖4-4 K9F5608U0B的元件封裝 44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口：圖4-5 44pin標(biāo)準(zhǔn)IDE接口的封裝 AME8800的元件封裝：圖4-6 AME8800的元件封裝4.1.3 放置元件及連線制作好元件封裝后，接下來就可以進(jìn)行原理圖的繪制了。首先，回到Orcad的主界面，選擇文件（File）新建（New）設(shè)計(jì)（Design），進(jìn)入原理圖繪制界面。Orcad同樣為原理圖繪制設(shè)計(jì)了專用的工具欄，與制作元件封裝時(shí)使用的工具欄不同的是額外增加了許多新的工具，使原理圖更加完整和直觀。使用繪圖工具欄上的各種工具，就可以很方便地放置已經(jīng)做好封裝的元件，連接元件間需要連接的管腳，命名輸入輸出網(wǎng)絡(luò)，繪制好的原理圖縮略圖如圖4-7所示（完整電路圖詳見附圖1）：圖4-7 設(shè)計(jì)原理圖縮略圖4.1.4 原理圖CRC校驗(yàn)及檢錯(cuò) 原理圖繪制完畢后，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查各管腳的連接是否正確，可以通過校對芯片的DATA SHEET進(jìn)行檢查，也可以通過Orcad軟件自帶的原理圖DRC工具進(jìn)行校驗(yàn)：在Orcad的主界面下，打開原理圖，可以出現(xiàn)最初的分支結(jié)構(gòu)，在design3.dsn目錄下的SCHEMATIC1文件夾下，用鼠標(biāo)左鍵單擊PAGE1，可以看到工具欄上DRC（Design Rules Check）工具的圖標(biāo)由不可選的灰色變成可選的彩色，點(diǎn)擊DRC工具，就會彈出一個(gè)對話框，如圖4-8所示，在對話框中可以設(shè)置需要檢查的內(nèi)容（一般保持默認(rèn)選項(xiàng)），即檢查如下幾項(xiàng)： 檢查管腳和管腳連接。 檢查電路連接線。 檢查未連接的網(wǎng)絡(luò)。 檢查無效的元件信息。 檢查重復(fù)的信息。點(diǎn)擊確定，開始校驗(yàn)。圖4-8 原理圖DRC校驗(yàn)若DRC校驗(yàn)中檢查出現(xiàn)問題，則會首先彈出警告，通知用戶原理圖中可能含有一個(gè)或多個(gè)錯(cuò)誤，然后在自動生成的SESSION.LOG文件下記錄檢測結(jié)果，并在 具體檢測項(xiàng)目的下方給出發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，并且給出錯(cuò)誤點(diǎn)所在的坐標(biāo)位置，通過坐標(biāo)定位，可以很方便地找到問題的出處并查明原因，加以改正。修正所有錯(cuò)誤后，再次進(jìn)行DRC校驗(yàn)時(shí)，就不會有警告彈出，在SESSION.LOG文件中各個(gè)檢測項(xiàng)目下的內(nèi)容也會為空，如圖4-9所示：圖4-9 表示DRC校驗(yàn)通過的SESSION.LOG文件4.1.5 創(chuàng)建網(wǎng)表 原理圖繪制完畢并通過DRC校驗(yàn)無誤后，就可以導(dǎo)入到Pads PowerPCB中進(jìn)行