隨著閃存技術的不斷發展，閃存卡(Flash Memory)以它卓越的容量體積比、便攜性和易操作性等優勢，已經取代軟盤、光盤而成為移動存儲領域中應用最為廣泛的存儲設備。閃存卡是一種非揮發性存儲介質，它具有功耗低、密度高、體積小、掉電后數據不丟失、可擦除、可靠性高、單位存儲容量價格便宜等特點。另外，閃存卡因為沒有像硬盤一樣的機械結構，顯著降低了發生故障和被損壞的可能性，因此還經常被現在的一些室外工控機" title="工控機">工控機用作主系統設備。閃存卡有很多種類型，主要有CF卡、SD卡、MMC卡、記憶棒、SM卡、XD卡等，其中，CF卡應用最為常見[2~5]。
　　由于CF卡的非機械結構及其體積小、穩定性高的特點，使它在具有一些特殊用途的工控機(如安裝在戶外或者移動車上的工控機)中比普通硬盤具有更好的應用前景，以至于越來越多的工控機用CF卡代替硬盤裝載系統和存儲數據。但當CF卡損壞后，重裝系統比較麻煩，而且有些系統驅動程序可能拿不到，所以設計一種CF卡之間的復制系統，實現了兩塊相同的CF卡之間的備份，從而避免了重新安裝系統和驅動程序，節約了用戶的時間。此外，現今的CF卡讀卡器只能對Windows系統文件進行復制操作，無法有效地復制操作系統和驅動文件。而這里設計的這套CF卡復制系統也可實現CF卡之間的文件系統和數據的復制。
1 CF卡物理結構
　　CF卡的全稱為“Compact Flash”卡。Compact Flash技術是Compact Flash協會提出的一種與PC機ATA接口標準兼容的技術。CF卡采用間距50mil的50針腳雙列封裝，其電氣特性符合ATA規范^[3]。CF卡內部集成了單片機控制器和閃存單元。控制器單元用于在外部主機與內部閃存單元之間進行數據交換" title="數據交換">數據交換和傳遞。內部閃存單元的數量可根據CF卡的容量大小進行相應地增減。目前CF卡最大存儲容量可達到2~3GB。CF卡的結構如圖1所示。

2 CF卡基本工作原理
　　CF卡可以工作在三種模式下：(1)PC卡ATA I/O模式；(2)PC卡ATA存儲模式；(3)實IDE模式。其中，實IDE模式和硬盤的驅動器完全匹配。
　　CF卡有兩種尋址模式：CHS(柱面/磁頭/扇區)尋址模式和LBA(邏輯塊地址)尋址方式。CHS尋址模式是通過柱面、磁頭和扇區尋址的，最小的尋址單位是一個扇區。在CHS尋址模式下，主機通過輸入柱面、磁頭和扇區號碼尋址某一個扇區；而在LBA尋址方式下，CF卡按照連續序列的邏輯扇區編號進行尋址，主機不必知道CF卡的物理幾何結構，而且能訪問的扇區從0柱面、0磁頭、1扇區開始，但無法訪問系統的隱藏扇區^[5]。
　　CF卡有50個引腳，主要用到的引腳有：A10～A0，十一根地址線，在PC卡ATA存儲模式下，僅用到A2～A0三根地址線，用于尋址CF卡內部控制器中的寄存器空間；D15～D0，CF卡的十六根數據線，具體傳輸數據時可選擇16位或8位傳輸；-CE1、-CE2引腳，用于指示是CF卡的字節操作還是字操作；-REG是寄存器選擇信號，這個信號在內存周期中使用，用來區分是普通內存還是屬性寄存器；-OE是讀信號；-WE是寫信號。
　　單片機和內部閃存空間進行數據交換是通過CF卡的八個屬性寄存器實現的。在PC卡ATA存儲模式下，CF卡屬性寄存器組的具體功能和地址分配見表1^[1,4]。

　　CF-ATA的基本命令有30余條，主要有數據的傳輸命令，包括扇區、緩沖區的讀寫命令等。下面以讀命令為例說明CF卡工作過程及其信號時序。
　　在CF卡上電初始化后，主機判斷CF卡是否空閑，具體的就是查詢CF卡狀態寄存器" title="狀態寄存器">狀態寄存器的RDY位，如果為0，表示CF卡空閑，可以準備接收命令。然后，主機向CF卡填寫地址寄存器塊的信息，包括扇區數寄存器、扇區號寄存器、柱面號寄存器(低和高字節)、磁頭寄存器等，選擇訪問的扇區地址。接著，主機向CF卡命令寄存器中寫入讀(20h)命令。CF卡收到讀命令后，驅動器設置狀態寄存器的BSY位，CF卡把一個扇區的數據調入到扇區緩沖區中；然后驅動器設置狀態寄存器的DRQ位，清除BSY位。這樣，主機就可以從扇區緩沖區中循環讀出一個扇區的數據。扇區緩沖區的數據讀出后，驅動器設置BSY位，同時清除DRQ信號。然后再以此方式讀出下一個扇區的數據^[5]。
3 CF卡復制系統的設計
　　CF卡復制系統的硬件設計采用89S52作為CPU，一片74HC373作為地址鎖存器，一片74HC138作為譯碼器。系統中擴展一塊RAM作為存放CF卡數據的中轉站，用于兩塊CF卡之間進行數據交換和復制。單片機和CF卡以及其它器件的連接如圖2所示。P0.0～P0.7作為數據線，與擴展的RAM以及CF卡進行數據交換和傳輸。由于單片機僅有八根數據線，因此CF卡采用字節讀寫方式，以方便與單片機進行數據交換。擴展的RAM的低八位地址線由單片機的數據線P0.0～P0.7經過鎖存器輸入后控制，而最高兩位地址線則由P2.0～P2.1控制。單片機的P2.2～P2.4用于連接CF卡的地址線A0～A2，用于尋址CF卡屬性寄存器。單片機的讀寫信號使能端和CF卡的讀寫使能端相連。74HC138譯碼器用于控制兩塊CF卡和RAM的選通信號。

　　在這里，讓CF卡工作在PC卡ATA存儲模式下，并且使用LBA(邏輯塊地址)尋址方式進行數據讀寫。讀寫數據的軟件流程圖如圖3所示。先給系統上電，判斷CF卡是否準備好。然后往CF卡的屬性寄存器中填入讀寫扇區的起始地址和讀寫的扇區數，再往命令寄存器中填寫讀命令。填寫完屬性寄存器后，單片機通過不斷查詢CF卡狀態寄存器的DRQ位，來判斷數據是否準備好，一旦準備好就從CF卡的扇區緩沖區中循環讀出512字節的數據到外部RAM中存放起來。然后類似地把RAM中的一個扇區的數據寫入到另外一塊CF卡的相應扇區中去。

　　該復制設備系統中兩塊CF卡的容量不等，該系統是把32MB的CF卡內容復制到256MB的CF卡中去。該系統版圖中還包括了和計算機相連的串口" title="串口">串口調試系統，使得可以通過計算機串口實時監測CF卡復制進程和成功與否。
　　該CF卡復制系統可以對兩塊同樣容量的CF卡進行完全或者部分復制，并且還可以將小容量的CF卡的數據復制到大容量的CF卡中去。對于不同廠家生產的CF卡，該系統在復制時也無任何問題。通過該系統把裝有Windows NT嵌入式系統的CF卡復制到另外一塊CF卡后，復制的新卡也能夠成功啟動工控機，并且原有安裝的程序和驅動程序以及所有的數據都完全被成功復制。