厘清移动存储器领域“纠缠不清”的概念

上网时间: 2007年08月01日? 作者:Steve Kolokowsky,赛普拉斯半导体? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:存储? 传输速率? 总线?

似乎每天都有新的海量存储器标准问世。CompactFlash(CF)曾一度独步天下,但是今天,新设备制造商不得不在CF、安全数据(SD)、SDIO、多媒体存储卡(MMC)、RS-MMC、MMC Plus、MemoryStick、XD-Picture(XD)和CE-ATA等等这些海量存储器之间做出选择。有时,一种新标准具有明显优势;而另外一些时候,新标准和已有标准又像是在重蹈Betamax与VHS格式间的对决,在先期很难看到谁将取得胜利。

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各种存储卡的主要参数比较。

CF标准是所有小型海量存储器的鼻祖,10多年前由SanDisk开发出来。它具有8或16位并行数据总线,传输速率在3~66MBPS之间。在许多需要16位宽UDMA总线(66MBPS)的高传输速率和高容量设备中,仍需要CF标准。目前CF+格式硬盘的可用容量最高可达10GB,而CF闪存卡可用的最高容量是8GB。

因为首款CF卡使用的是NOR闪存,所以CF标准要求CF卡隐匿与NAND闪存接口的部分。主机在与CF卡通信时会将其看作是一个IDE硬盘,而CF卡上的控制器则负责坏块管理、平均读写(wear leveling)算法和与NAND闪存协同工作时所需的逻辑-物理映射。

CF卡虽然一直未能成为手机用可移动存储器的主流,但它却在数码相机领域保持着极高的市场份额,特别是在大容量和高速度极为重要的高端市场。目前其它几种外设也可与CF+版本的接口进行连接,包括以太网、RS-232、传真/调制解调器、USB、蓝牙以及802.11b WLAN。

多媒体存储卡(MMC)

1997年,西门子和SanDisk推出了多媒体卡,其外形比CF卡小,从而可实现更小巧的便携式设备。在基本应用中,MMC可通过标准三线SPI接口外加一条片选线来控制。SPI接口的时钟频率最高可达20MHz。对需要更高带宽的应用,该规范提供拓宽了的4和8位带宽。MMC规范的4.0版增加了52MHz频率,从而支持50MBPS的传输速率。

与CF不同,MMC规范不免除授权费用。根据www.MMCA.org上提供的信息:如果你不是MMC制造商,你可以分别花500美元或1,000美元订购MMC3.1或4.1版(MMCmobile和MMCplus)规范,而你的公司也并不需要成为MMCA成员。

目前有三种类型的存储卡以MMC框架为基础,它们分别是:MMC Plus、MMC Mobile和MMC Micro。MMCplus是一种标称尺寸的MMC卡,它工作在2.7~3.6V电压下;具有1、4或8位的总线带宽;最低2.4MBPS的读写性能和26MHz频率(可以选择52MHz)。MMCmobile的体积更小,支持的电压也更低:1.65~1.95 V及2.7~3.6V。MMCmobile还必须支持MMCplus所需要提供的性能。MicroSD是该系列的最新补充。MicroSD的体积不到miniSD的1/3,是目前可用的最小存储卡(表1)。

MMC和SD卡:区别在哪里?

常常有人将MMC标准和SD标准混为一谈,但实际上,它们是两个不同的标准。SD卡规范由以松下、东芝和SanDisk牵头的一个组织所有,而MMC规范由一个由涵盖广泛的行业组织领导的MMCA(多媒体卡协会)控制。

有些出人意料的是,SD卡背后的推动力量从未得到行业的广泛认可。SD卡具有与索尼MagicGate类似的加密硬件,MagicGate被用于索尼的MemoryStick产品中。在音乐界接受以数字方式传播音乐之前,SD卡花了8年多的时间希望得到行业认可,而现在,SD卡已经成为该领域的附属产品。去年初,MMC协会接纳了具有竞争性的安全卡标准——Secure MMC 1.1版规范。在三星网站www.samsung.com上可查到Secure MMC的概览。

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SD存储卡

MMC卡可插在为SD卡设计的物理槽内,该槽有两种形态:薄形和标准形。薄SD卡可插入MMC槽,但标准SD卡却因为厚度而无法插进。MMC和SD卡所用的协议在SD卡规范rev 2.11中完全兼容,但自此后,两种规范出现了某种程度的分道扬镳。

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13脚MMC卡后向兼容7脚版本

MMC和SD卡的管脚排列是兼容的。SD卡上最多有9个管脚,而MMC卡上最多有13个管脚。MMC卡上多出管脚的唯一功能是增加总线宽度。因为可以对总线宽度进行编程,所以控制器可容易地找到共同特性并据此进行设置。所有带内置MMC支持能力的微处理器也支持SD卡。

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更小体积:MMCmicro vs. MicroSD

MMC和SD组织为小型闪存卡创建的两种不同标准为业界带来了困惑。通过使用机械适配器,MMCmicro和MicroSD(也称为TransFlash)都后向兼容现有的SD/MMC插槽(图3)。两种存储卡体积都很小,但MMCmicro比MicroSD更快。MMCmicro采用MMC规范定义的较高的52MHz时钟速率,而MicroSD则继续采用25MHz。另外,MMCmicro卡拥有4位数据总线,而MicroSD仅支持串行数据传输。再有,MMCmicro支持1.8V电压,而MicroSD仅能工作于2.7~3.6 V电压。

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7脚MMC卡和9脚SD卡的区别清楚可见。

XD-Picture卡

XD-Picture卡(以下简称“XD”卡)是在2002年7月推出的。与索尼的MemoryStick一样,它也是一种专属格式,所以很难从XD卡官方网站(www.xd-picture.com)中找到更多信息。如果想要了解你的公司需要花多少钱才能得到XD卡的使用许可,你必须与XD卡授权许可方签定保密协议。

XD卡与SmartMedia标准有一点类似,即它们都是针对原始NAND闪存的封装技术。XD卡中没有嵌入控制器,所以控制CPU负责维护逻辑-物理表、管理坏区并执行纠错。该架构的优点是减小了硅面积,并且允许管理CPU拥有更多的接口控制能力,从而缩短写入时间。该架构的不利面,是管理CPU必须执行全部SmartMedia控制功能。

SDIO

SDIO在SD标准上定义了一种外设接口。目前,SDIO有两类主要应用——可移动和不可移动。目前的可移动设备作为Palm和Windows Mobile的扩展设备,用来增加蓝牙、照相机、GPS和802.11b功能。不可移动设备遵循相同的电气标准,但不要求符合物理标准。某些手机内包含通过SDIO连接CPU的802.11芯片。此举将“珍贵”的I/O管脚资源用于更重要的功能。

蓝牙、照相机、GPS和802.11b设备有专为它们定义的应用规范。这些应用规范与为PCI和USB设备定义的类规范很相像。它们允许任何宿主设备与任意外设“通话”,只要它们都支持应用规范。

SDIO和SD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准。SDIO卡只需要SPI和1位SD传输模式。低速卡的目标应用是以最小的硬件开支支持低速I/O能力。低速卡支持类似调制解调器、条码扫描仪和GPS接受器等应用。对“组合”卡(存储器+ SDIO)而言,全速和4位操作对卡内存储器和SDIO部分都是强制要求的。

CE-ATA

CE-ATA有助于简化消费电子(CE)和ATA硬盘的结合。消费电子中有越来越多使用硬盘的趋向,但在小巧的手持设备中,40脚的ATA连接器和50脚的CF连接器实在占用了太多I/O资源。在CE-ATA规范中,ATA指令结构被覆盖在MMC物理层顶部。这种处理允许重新利用内置在当今常用应用处理器内的现有MMC控制器。CE-ATA连接器利用12个管脚实现9脚SD/MMC接口。多余的3个脚提供保留脚和额外的一对电源地,以便硬盘电机可工作在与信号线不同的电压。CE-ATA接口性能与4位SD/MMC一样。当采用25MHz和52MHz时钟时,其最高传输速率可分别达12.5MBPS和26MBPS。

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