作者：杭州浙江大学电气工程学院（310027）张剑波 颜钢锋 来源：《电子技术应用》

摘要：利用ez-usb fx及fx2系列中gpif的功能，提出了一套解决usb-ata的可行性方案，并给出了单片机控制硬盘时pio模式和udma模式的实现方法。此方案具有速度快、性能高、占用cpu资源少等特点。 关键词：ata接口 通用可编程接口（gpif） 通用串行总线（usb） udma模式 目前，通过单片机去控制硬盘的ata接口，大多采用pio模式实现，速度和性能上都不狗理想，硬盘与pc机的连接也相当繁琐。要频繁地与pc机交换大量资源，采用usb硬盘是一个相当好的解决方案。本文给出一个如何利用单片机完成对硬盘的读写，同时具有usb-ata功能的可行方案。 1 usb、gpif、ata接口 1.1 usb总线 usb（universal serial bus）[4]是一种串行接口的新标准，其主要优点是速度快、功耗低、支持即插即用（plug & play）、使用安装方便。usb支持最多5个hub层以及127个外设，所有外设通过协议共享usb的带宽。目前使用中的usb协议有1.0、1.1和2.0三个版本，通过速率分别为1.5mbps、12mbps、480mbps，usb协议向下兼容。 从逻辑结构上讲，usb数据的传输是通过管道进行的，管道的两端连接host和device的端点buffer，buffer的大小直接影响通讯的速率。usb系统软件通过缺省管道（与端点0相对应）管理设备，设备驱动程序通过其它管道来管理设备的功能接口。每一个usb设备在主机看来就是一个端点的集合，主机只能通过端点与设备进行通讯。在usb系统中，每一个端点都有唯一的地址，这是由设备地址和端点号给出的。每个端点都有一定的特性，其中包括：传输方式、总线访问频率、带宽、端点号、数据包的最大容量等。根据应用场合的同选择相应的端点类型。usb数据流模型见图1。 1.2 gpif gpif（general programmable interface）[1、2]即通用可编程接口，是cypress公司在其ez-usb fx以及fx2系列单片机里设计的一个可由用户编程的接口，具有快速、灵活等特点，可使用多种协议完成与外围器件的无缝连接，如eide/atapi、ieee1284、utopia等。对其可以根据需要进行编程，且运行中不需要cpu的干预，仅通过一些cpu标志和中断与增强型8051内核通讯。gpif与8051内核的关系见图2。

gpif主要组成部分： （1）adr[5..0]：地址线，可作为扩展存储器的低位地址，在连续执行gpif动作时具有自动增一功能。可对其对应的寄存器进行读写（fx2系列中扩充为9根地址线）。 （2）rdy[5..0]：输入ready信号，可对指定的信号进行连续采样，以确定gpif动作继续、等待或是反复不断采样，直到信号的指定状态出现。通常用来等待指定信号的某个状态出现，然后继续剩余动作。 （3）ctl[5..0]：输出control信号，根据编程指令输出高低电平或集电极开路。通常用作选通信号、非总线输出信号，以及产生简单的脉冲信号。 （4）fd[15..0]：双向fifo数据线，一般又称afi、bfi。 （5）ifclk：时钟接口，决定使用外接时钟还是使用内部48mhz或30mhz时钟周期。 （6）gstate[2..0]：当前gpif状态数，可用来判断当前gpif工作状态，一般调试用。 （7）gpif program：gpif程序存储区间0x7900～0x797f,存储gpif指令，可存储4组波形的程序代码（fx2系列存储区间为0xe400～0xe47f）。 每个gpif动作都由七段组成：interval0～interval6，简称i0～i6。执行完i0～i6的动作后，最后都进入idle（i7），即空闲状态，以准备启动