### FPGA与CF卡的接口设计详解
#### 一、引言
随着电子技术的发展，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)作为一种高度灵活的数字逻辑器件，在多个领域展现出巨大的应用潜力。FPGA因其灵活性和高性能，被广泛应用于通信、航空航天、医疗设备以及消费类电子产品等多个领域。另一方面，CF卡作为一种常见的存储介质，因其高可靠性、低功耗以及大容量等特点，在数据存储方面得到了广泛应用。然而，如何高效地实现FPGA与CF卡之间的数据交互成为了一个重要的研究课题。
本文将详细介绍FPGA与CF卡接口的设计方法，并给出具体的实现细节和技术要点。
#### 二、系统设计
##### 2.1 系统硬件设计
在本设计中，我们选择了Altera公司的EP1C6Q240C8作为主控制器。这款FPGA拥有丰富的I/O接口、PLL和内部存储资源，无需外接SRAM，大大降低了成本并简化了设计过程。此外，本设计使用了Kingston公司生产的1Gb CF卡作为存储介质。
CF卡支持多种访问模式，包括I/O模式、Memory模式和True IDE模式。为了实现更高效的访问速度和更高的稳定性，本设计采用了True IDE模式。值得注意的是，为了避免CF卡从True IDE模式转换至Memory模式，在电源加电启动时需要将OE输入信号接地。
此外，为了确保CF卡始终处于从模式工作状态，CSEL输入信号被设置为高电平。在True IDE访问模式下，地址线的第3位到第10位需要接地，而WE信号则需要保持高电平状态。
##### 2.2 系统软件设计
为了提高系统的读写效率并确保数据传输的连续性，本设计采用了一种基于双RAM的设计策略。具体而言，FPGA内部设置了两块RAM来缓存一个扇区的数据。这种方式使得从CF卡读取数据到RAM和将RAM中的数据传输到目标系统这两个过程相对独立，从而充分利用了CF卡的大容量存储特性和FPGA高速的工作能力。
图2展示了利用双RAM进行程序设计的具体流程。这一设计不仅提高了数据处理的速度，同时也增加了系统的稳定性。
#### 三、CF卡读数据
从CF卡读取一个扇区的数据的过程如图3所示。根据表1中列出的控制命令，设置8位工作模式、指定要读取的扇区数量、相应的地址和访问模式。接着，发送读命令(0x20)，等待CF卡准备好后，连续从数据寄存器中读取一个扇区的数据并将其存入数据缓冲区。
#### 四、CF卡读数据源程序示例
由于篇幅限制，此处仅提供部分源代码示例：
```verilog
always @(posedge clk or negedge reset)
begin
if ((set_finished == 0) || ((cf_to_ram1) & (ram1_finished == 0)) || ((cf_to_ram2) & (ram2_finished == 0)) ||
((cf_to_ram2_first) & (ram2_finished == 0)))
begin
if (time_cont <= 166)
begin
time_cont <= time_cont + 1;
end
else
begin
time_cont <= 0;
end
end
if (time_cont == 26)
begin
ceaddr <= `features_wr;
write_data <= `features_data;
write_start <= 1;
end
if (time_cont == 28)
```
该段代码展示了FPGA与CF卡之间数据交互的部分控制逻辑。通过使用Verilog HDL语言编写，这段代码实现了对CF卡的读操作控制。
### 结论
通过上述介绍可以看出，FPGA与CF卡的接口设计不仅可以实现高效的数据传输，还能通过合理的软件设计进一步提升系统的性能和稳定性。这种设计方法对于那些需要高速、可靠数据交换的应用场景具有很高的实用价值。未来，随着FPGA技术的不断发展和完善，FPGA与CF卡之间的接口设计也将变得更加优化和高效。
