一种专用高速硬盘存储设备的设计与实现

FAS368M是与SCSI-3标准完全兼容的SCSI协议控制器，它支持启动设备与目标设备两种模式，同步数据传输速率为40MB/s。另外，FAS368M支持最大50 MB/s的快速DMA数据传。由于采用分离的微处理器总线和DMA总线结构，因此能以较高速率产生响应而不会造成瓶颈效应。

3 硬件电路及功能描述

TMS320F206、FAS368M、EMP7064和IDT7208之间的具体连接线路如图2所示。

3.1 FAS368M的信号及内部寄存器说明

图2中FAS368M的主要信号和控制逻辑如下：

·ACK、ATM、BSY、CD、IO、MSG、REQ、RST、SD0～15、SDP0～1、SEL及其差分信号，都是FAS368M与SCSI总线的接口信号。

·CS信号是读写FAS368M内部寄存器片选信号。

·RD、WR是FAS368M内部寄存器的读写信号。

·FAS368M的TNI端对应TMS320F206的外部中断INT1，当其有效时，表明有错误产生（如校验出错）、一个事件需要服务（如FAS368M作为目标设备被选中）或已结束某服务（如DMA结束）。

·DREQ，FAS368M使DREQ有效向DMA控制器（EPM7064）发出DMA传输请求。

·DACK，EPM7064对FAS368M DMA请求信号DREQ的响应。

·DBWR，DMA数据写信号。当DREQ和DACK信号均有效时，EPM7064控制该信号和缓存器IDT7208的RD信号，实现数据从IDT7208向FAS368M的同步快速传输。

FAS368M在TMS320F206的控制下实现所有的SCSI物理协议，包括仲裁、选择、消息、命令、数据、状态等各阶段规定的信号电平转化等。在设备中TMS320F206对FAS368M的控制是通过对其寄存器的读写来实现的。
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    ·指令寄存器（Command Register），TMS320F206通过向指令寄存器写入相应指令，实现诸如FAS368M的初始化与复位、SCSI总线分配与复位、SCSI总线各阶段的迁移等所有针对FAS358M和SCSI总线的控制。

·FIFO寄存器（FIFO Register）是一个16字的FIFO寄存器，硬盘和FAS368M之间的数据都要通过FIFO寄存器。它有两方面的用途：当FAS368M通过SCSI总线向硬盘传送数据和命令时，可以先把要传送的数据和命令放在FIFO寄存器，等SCSI总线空闲，并获得总线控制权以后再开始传送；另一方面，由SCSI总线传送到FAS368M的数据，也可因为TMS320F206或DMA控制器忙而停止，数据先送到FIFO寄存器空出SCSI总线，等TMS320F206或DMA控制器空闲再从FIFO寄存器读取数据。

·传输计数寄存器（Transfer Count Register）是一个减计数器，它通常用来保存一次DMA命令所要传输数据的字节数。

·中断寄存器（Interrupt Register），FAS368M所有的信息都以中断的方式通知TMS320F206。TMS320F206通过读取中断寄存器和其他状态寄存储器判断FAS368产生中断的原因，决定下一步操作，从而实现FAS368M对TMS320F206的通信。

3.2 EPM7064内部逻辑和作用

设备中的DMA控制器由CPLD器件EPM7064实现，这主要有下面几方面的考虑：

（1）设备接口缓存器采用专用FIFO芯片IDT7208，它的数据总线可以和FAS368M的DMA数据总线直接连接，不需要复杂的缓存器地址译码电路。因此，DMA控制器不需要数据与地址总线，硬件连线可以大大减少。而配合FAS368M DMA数据传输的时序，DMA控制器只需在DMA传输请求信号DREQ有效且IDT7208空信号EF无效时，使DMA传输响应信号DACK有效，随后在时钟信号CLK驱动下连续产生同步的IDT7208读信号RD和DMA写信号DBWR，实现从IDT7208到FAS368M的DMA传输；反之，则使DMA传输响应信号DACK无效，随后停止产生IDT7208读信号RD和DMA写信号DBWR，中断从IDT7208到FAS368M的DMA传输。这些时序逻辑完全可以用一片小的CPLD器件实现，因此选用EPM7064设计了该DMA控制器。

（2）FAS368M支持高达50MB/s的快速DMA传输。一般的专用DMA控制器芯片难以胜任，而且专用DMA控制器与FAS368M的连接需要一定的逻辑转换电路，外围硬件连线也较多。同时，它还必须在TMS320F206的控制下与FAS368M一起协调工作才能实现DMA传输，又增加了软件的复杂程度。

（3）使用EPM7064除了实现DMA控制器的功能外，还可以把整个设备电路中的一些译码、逻辑转换等模块一并设计进去，在很大程序上减小了设备的体积，同时也为设备的改进和升级提供了方便。

在硬件设计的基础上，DSP微处理器还需要一个软件模块负责对相关硬件控制和协调，最终实现SCSI协议、硬盘的控制和DMA传输等。对DSP微处理器的编程，需要完整掌握SCSI-3协议标准和FAS368M的命令集，工作量比较大，同时程序的优劣也关系到系统的存储速度和可靠性。由于篇幅限制，软件设计本文不再多述。

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