在8051单片机应用系统中使用DiskOnChip

文章摘要：BDK 1.25向开发者提供了读/写BDK分区的一系列API函数，其源代码采用ANSI C编写，并采用条件编译以适应各种硬件平台和操作系统，具有很好的可移植性。本文参考这些源代码自行设计了一个适用于8051单片机的API函数库，采用Keil C51编写，提供了对DOC 2000或DOC Millennium的基本存储单元(块、页)进行读、写、擦除操作的功能，实现了8051单片机以二进制形式读写DOC 2000或DOC Millennium。由于篇幅所限，本文不详述具体的移植过程，在此只说明移植时主要考虑的几个问题：* BDK API的源代码缺省适用于X86处理器和DOS环境。为此需修改有关的条

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　　BDK 1.25向开发者提供了读/写BDK分区的一系列API函数，其源代码采用ANSI C编写，并采用条件编译以适应各种硬件平台和操作系统，具有很好的可移植性。本文参考这些源代码自行设计了一个适用于8051单片机的API函数库，采用Keil C51编写，提供了对DOC 2000或DOC Millennium的基本存储单元(块、页)进行读、写、擦除操作的功能，实现了8051单片机以二进制形式读写DOC 2000或DOC Millennium。

　　由于篇幅所限，本文不详述具体的移植过程，在此只说明移植时主要考虑的几个问题：

　　* BDK API的源代码缺省适用于X86处理器和DOS环境。为此需修改有关的条件编译选项以使之适用于8051系统；

　　* 对源代码进行最大程度的简化和定制。为此修改了某些数据类型以减小RAM占用量，简化了某些数据结构，重写了部分代码，并去掉不必要的条件编译和多余的代码；

　　* 针对8051系统使用DOC的特点增加了若干条件编译选项，以方便开发者根据不同的应用需求对本API库源代码进行“量身定制”，实现最小的代码尺寸和最高的性能。例如可配置为自动识别DOC 2000的容量等参数，以便在不修改软件的情况下可直接更换不同容量的DOC 2000，也可配置成只适用于特定容量的DOC 2000以获得较小的代码尺寸。

　　这一API库向应用开发者提供如下4个API函数：
* DOC_Init —— 对DOC及有关的数据结构进行初始化，需最先调用；
* DOC_ReadOnePage —— 读DOC的一页；
* DOC_WriteOnePage —— 写DOC的一页，写之前必须先擦除该页所在的块；
* DOC_Erase —— 擦除DOC的一块或多块。

　　这些API函数在读写DOC时支持EDC/ECC和写校验等特性(可通过条件编译选项使能或禁止这些特性)，从而可保证数据存储具有很高的可靠性。此外本函数库也包含了读写每页的16个“extra”字节的代码，若需要可以调用。由于这些API函数直接读写DOC的块和页，因此DOC在被连接到8051系统中之前无需用DFORMAT等工具进行格式化，如果是已格式化的DOC，则在使用本API库对其访问后原有的分区结构将被破坏。在实际应用中，开发者还可以根据实际需求为DOC定义特定的分区格式及文件系统，在这4个API函数的基础上实现对DOC更灵活的访问形式，例如以文件形式读写DOC中的数据。

　　本API库不支持M-Systems公司的坏块管理、损耗平衡等技术，有兴趣的读者可参考TrueFFS SDK源代码在本API库的基础上实现类似的机制。

　　如前文所述，一片8051单片机可连接多片DOC，在这种情形下，每次访问不同的DOC之前都需要针对该DOC重新调用一次API函数DOC_Init(参数为该DOC的窗口地址)。

　　本API库可用Keil C51 6.0以上版本编译，适用于Keil C51所支持的各种8051兼容单片机。实际上，只要对源代码稍作修改甚至不需修改就可以将本API库移植到除8051之外的其他提供C语言编译器的单片机上(当然该单片机在硬件上必须符合与DOC连接的条件才能真正访问DOC)。

软件实测性能
　　本设计从代码尺寸、RAM需求、对DOC的访问速度三方面对本API库的性能进行了实测。测试环境为：单片机选用AT89C55，晶振频率为22.1184MHz，DOC选用DOC 2000 16MB(型号为MD2200-D16)。

　　代码尺寸：本API库源代码约一千余行，当使用 Keil C51 6.20c编译并采用缺省代码优化级别时，在不同的条件编译选项下，编译后的库目标代码尺寸最小约为3.3KB，最大约为11.7KB。

　　RAM需求：DOC 2000本身占用8KB的数据存储空间，本API占用约400B的RAM。此外由于DOC的最小擦除单元为8KB，因此在实际应用中如果需要随机写DOC，还需要至少8KB的外部RAM用于数据缓存。

　　根据M-Systems公司提供的规格，对DOC 2000的持续读、写速度分别可达1.4MB/s和500KB/s，但当DOC 2000应用于8051系统时，由于8051本身速度慢所造成的瓶颈，使对DOC 2000的实际访问速度有所降低，实测速度为：读一页约需8ms、写一页约需9ms、擦除一块约需4ms。当本API库采用不同的条件编译选项时，对DOC的访问速度略有差异。另外，对不同型号的DOC的访问速度也略有差异。通过提高8051的晶振频率或采用增强型的高速8051(如DS80C320)可在一定程度上提高对DOC的访问速度。

结语
　　在以8051为代表的8位单片机应用系统中使用M-Systems公司的DiskOnChip作为大容量非易失数据存储器，具有硬件连接简单、成本低、可靠性高等诸多优点，是一种值得推广的方案，同时也扩展了DiskOnChip的应用范围。

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