自主型光盤復(fù)制機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用方案設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

ATAPT設(shè)備自1980年P(guān)hilips和Sony公司推出的數(shù)字聲音標(biāo)準(zhǔn)的CD（Compact Disc）以來，CD就以其信息存儲(chǔ)量大、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)和容易攜帶等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的青睞，并被廣泛應(yīng)用于娛樂、發(fā)行、信息存儲(chǔ)和備份等方面。隨著近年來可擦寫光盤驅(qū)動(dòng)器CD-R（CD-Record-able）的出現(xiàn)和廉價(jià)可寫光盤CD-WO（CD-Write Once）的漸漸普及，光盤的復(fù)制、刻錄變得容易起來。除了使用相當(dāng)專用的光盤復(fù)制設(shè)備外，更多的辦法是借助于個(gè)人計(jì)算機(jī)或只有VIDEO的光盤錄像機(jī)進(jìn)行復(fù)制，但其成本相對(duì)較高，復(fù)制過程也比較麻煩。所以自主型（獨(dú)立完成復(fù)制，不需計(jì)算機(jī)）光盤復(fù)制機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，采用專門SCSI接口芯片的1對(duì)1復(fù)制機(jī)出現(xiàn)了。但由于SCSI接口的光盤驅(qū)動(dòng)器額外成本較IDE接口的高，并且市場(chǎng)上大量使用的是IDE接口的光驅(qū)，因此，設(shè)計(jì)低成本的基于IDE接口的自主型光盤制機(jī)是對(duì)光盤復(fù)制市場(chǎng)的極大補(bǔ)充。

1 自主型光盤復(fù)制機(jī)系統(tǒng)的主要功能指標(biāo)和應(yīng)用

主要功能指標(biāo)為：

（1）一對(duì)一復(fù)制，按一鍵完成4倍速的仿真或刻錄功能;

（2）空間、時(shí)間和硬件資源最節(jié)省;

（3）系統(tǒng)增加IDE與PARALLEL口的轉(zhuǎn)換后，可作為PC機(jī)的外置式光盤驅(qū)動(dòng)器;

（4）具有狀態(tài)顯示和自動(dòng)完成、退出提示等;

（5）支持大多數(shù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CD格式，如紅皮書、黃皮書、白皮書和綠皮書標(biāo)準(zhǔn)（AUDIO CD、VIDEO CD、DADA CD、MIXED MODE CD、PHOTO CD、GAME CD）等。

本系統(tǒng)可應(yīng)用于學(xué)校、企事業(yè)機(jī)關(guān)和個(gè)人的光盤制作、多媒體演示、小量的分發(fā)、信息存儲(chǔ)和備份等。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)由1塊控制板、一條IDE電纜、一臺(tái)CD-R驅(qū)動(dòng)器、一臺(tái)CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、開關(guān)電源以及系統(tǒng)界面構(gòu)成。其中，控制板是整個(gè)光盤復(fù)制系統(tǒng)的核心，它控制著從CD-ROM內(nèi)讀取原始數(shù)據(jù)，然后寫入到CD-R中的空白光盤上。界面上只有狀態(tài)燈和一個(gè)選擇按鈕，按鈕經(jīng)控制板讀取后，決定了寫入的模式。

3 核心硬件設(shè)計(jì)

（1）整個(gè)設(shè)計(jì)圍繞著對(duì)光驅(qū)的讀與寫操作、數(shù)據(jù)傳輸（分為PIO模式和DMA模式）、PID傳輸以及IDE設(shè)備與主機(jī)的握手通訊（如數(shù)據(jù)包、命令、任務(wù)、狀態(tài)等的發(fā)送和接收）進(jìn)行。DMA是IDE的數(shù)據(jù)總線和主機(jī)的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)線SRAM間的直接傳輸。在IDE設(shè)備與主機(jī)通訊的基礎(chǔ)，ATAPI光盤讀寫命令及其它相關(guān)命令得以實(shí)現(xiàn)，在這里設(shè)計(jì)的光盤復(fù)制機(jī)（兩個(gè)ATAPI）正是基于IDE設(shè)備的接口。

主機(jī)與IDE接口的通訊通過IDE總線的CS0-、CS1-、DA2、DA1、DA0、DIOR-、DIOW-等信號(hào)來進(jìn)行，相關(guān)功能見表1。

表1 IDE接口功能和選擇地址

ATAPI的命令如TEST UNIT READY、MODE SENSE、READ TRACK INFORMATION、READ、WRITE等都是通過以上接口進(jìn)行發(fā)送的，接收可以是PIO模式或DMA模式。

（2）光盤的讀寫速率是按75block（frame）/s來計(jì)算的。一個(gè)block等于2352個(gè)字節(jié)，但用戶數(shù)據(jù)隨著CD格式的不同而不同，1倍速按每秒75個(gè)block讀寫，2倍速按每秒150個(gè)block讀寫。然而，4倍速復(fù)制并不是要求主機(jī)一次讀取300（4×75）個(gè)block大小的數(shù)據(jù)量，而是通過目標(biāo)光盤刻錄速度的設(shè)置來完成的。通常有20～30個(gè)block（大約70～80K的數(shù)據(jù)量）讀寫速度就夠了，太小容易死機(jī)，太多則加大了對(duì)機(jī)存儲(chǔ)空間SRAM的要求。在這里我們選擇了64K×16bit的SRAM。

（3）支持Enhance IDE的設(shè)備都具有快速DMA功能。在光盤復(fù)制時(shí)，實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速讀寫DMA是必需的。在DMA外部工作頻率為12.5MHz時(shí)，一般能反動(dòng)派到1.5M/s的傳輸能力，例如INTEL 82C37A。

（4）主機(jī)UP（CPU）選擇性價(jià)比較好的8032系列單片機(jī)，可支持40MHz的外部工作頻率。為了加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的保護(hù)，也為了實(shí)現(xiàn)8位微機(jī)與16位SRAM以及大量外圍芯片的譯碼，選用了CPLD來增加其集成度，其設(shè)計(jì)采用原理圖+VHDL方式。

硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

參考CD-WO規(guī)范，CD-WO的寫入方式主要有兩種：Track at once（軌道）和Disc/Session at once（分區(qū)）。這和光盤的信息存放格式分類有極大的關(guān)系。在國內(nèi)，多分區(qū)的光盤MULT-SESSION CD如MIXED CD、CD-I等較為少見，它們是數(shù)據(jù)區(qū)和音頻區(qū)的結(jié)合，一般第一個(gè)分區(qū)與其它分區(qū)不同。某些光盤用Track at once能夠成功地刻錄，而用Disc at once方式則失敗;反之亦然。

通常，Disc at once較為普遍，若寫入CUESheet則整個(gè)光盤的刻錄軌跡位置就固定了。而在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于MIXED-CD用Track at once更容易成功。圖3、圖4是兩種寫入方式的簡(jiǎn)單過程。

實(shí)際的軟件編程要比這些復(fù)雜。對(duì)于經(jīng)常調(diào)用的過程，通常都用匯編語言編寫，例如：從IDE接口寄存器中的讀寫（Read-Data-Reg，Write-Data-Reg，Read-Status-Reg，Write-CMD-pkt，Write-Task-Ide）等。而針對(duì)ATAPI的大多命令，都用C51編寫，例如：mode-select（），read-10（ad），write-10（ad），tray-out（），send-cue-sheet（）等。

部分執(zhí)行程序的示例如下：

IDE接口地址定義部分 ;;IDE Interface Address

例如：IDE_STATUS EQU 81F7H

……

_Read_Status_Reg： ;;讀IDE驅(qū)動(dòng)器設(shè)備狀態(tài)子程序

lcall _Drive_Select;選擇光驅(qū)

……

mov p1，#IDE_Lmode

mov DPTR，#IDE_STATUS

movx @DPTR，a ;DIOR valid

……

mov p1，#Sram64_Lmode

movx A，@DPTR

mov R7，A ;返回狀態(tài)到r7寄存器

ret

Write_Cmd_Pkt： nop ;寫6字命令包子程序

;寫6字事先已存入內(nèi)空間

cmd_buffer

mov R0，#cmd_buffer

mov R1，#06H ;//6 words to write

send_pkt：

mov A，@R0

mov pl，#Sram64_Lmode

mov DPTR，#IDE_DATA_REG

movx @DPTR，A ;//write low byte

inc R0

;//類似的寫高字節(jié)到16位SRAM

……

;再將16bit從16位SRAM中一次寫入IDE設(shè)備

mov pl，#IDE_WMode ;select IDE device

mov DPTR，#IDE_DATA_REG

;//16bit packet command write

movx a，@DPTR ;DIOW valid

……

inc R0

djnz R1，send_pkt

ret

void send_cue_sh（USI par_len）

{//ATAPI CD-WO Command，10字節(jié) //命令字節(jié)初始化設(shè)備

……

do {

status=Read_Status_Reg（drv）;

}while（status&0x80）; //不忙時(shí)才可寫入

nonDMA_xfer_data 1（）; //non DMA（PIO模式）

P1=SRAM32;

status=Read_Status_Reg（drv）; //讀取返回的狀態(tài)

if（status&0x01） {

rqsense（）; //ATAPI Command

}

}/*End of send_cue_sh */

基于非IDE專用接口芯片的自主型光盤復(fù)制機(jī)是對(duì)目前光盤復(fù)制市場(chǎng)的有益補(bǔ)充。其設(shè)計(jì)要求有較高的單片機(jī)、DMA傳輸以及CPLD等硬件知識(shí)和對(duì)CD、CDWO格式以及對(duì)ATAPI整個(gè)命令的了解。

責(zé)任編輯：gt