移動(dòng)存儲(chǔ)器全面解析

似乎每天都有新的海量存儲(chǔ)器標(biāo)準(zhǔn)問世。CompactFlash(CF)曾一度獨(dú)步天下，但是今天，新設(shè)備制造商不得不在CF、安全數(shù)據(jù)(SD)、SDIO、多媒體存儲(chǔ)卡(MMC)、RS-MMC、MMC Plus、MemoryStick、XD-Picture(XD)和CE-ATA等等這些海量存儲(chǔ)器之間做出選擇。有時(shí)，一種新標(biāo)準(zhǔn)具有明顯優(yōu)勢(shì)；而另外一些時(shí)候，新標(biāo)準(zhǔn)和已有標(biāo)準(zhǔn)又像是在重蹈Betamax與VHS格式間的對(duì)決，在先期很難看到誰將取得勝利。 

CF標(biāo)準(zhǔn)是所有小型海量存儲(chǔ)器的鼻祖，10多年前由SanDisk開發(fā)出來。它具有8或16位并行數(shù)據(jù)總線，傳輸速率在3～66MBPS之間。在許多需要16位寬UDMA總線(66Mbps)的高傳輸速率和高容量設(shè)備中，仍需要CF標(biāo)準(zhǔn)。目前CF+格式硬盤的可用容量最高可達(dá)10GB，而CF閃存卡可用的最高容量是8GB。 

因?yàn)槭卓頒F卡使用的是NOR閃存，所以CF標(biāo)準(zhǔn)要求CF卡隱匿與NAND閃存接口的部分。主機(jī)在與CF卡通信時(shí)會(huì)將其看作是一個(gè)IDE硬盤，而CF卡上的控制器則負(fù)責(zé)壞塊管理、平均讀寫(wear leveling)算法和與NAND閃存協(xié)同工作時(shí)所需的邏輯-物理映射。 

CF卡雖然一直未能成為手機(jī)用可移動(dòng)存儲(chǔ)器的主流，但它卻在數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域保持著極高的市場(chǎng)份額，特別是在大容量和高速度極為重要的高端市場(chǎng)。目前其它幾種外設(shè)也可與CF+版本的接口進(jìn)行連接，包括以太網(wǎng)、RS-232、傳真/調(diào)制解調(diào)器、USB、藍(lán)牙以及802.11b WLAN。 

多媒體存儲(chǔ)卡(MMC) 

1997年，西門子和SanDisk推出了多媒體卡，其外形比CF卡小，從而可實(shí)現(xiàn)更小巧的便攜式設(shè)備。在基本應(yīng)用中，MMC可通過標(biāo)準(zhǔn)三線SPI接口外加一條片選線來控制。SPI接口的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)20MHz。對(duì)需要更高帶寬的應(yīng)用，該規(guī)范提供拓寬了的4和8位帶寬。MMC規(guī)范的4.0版增加了52MHz頻率，從而支持50MBPS的傳輸速率。 

與CF不同，MMC規(guī)范不免除授權(quán)費(fèi)用。根據(jù)www.MMCA.org上提供的信息：如果你不是MMC制造商，你可以分別花500美元或1,000美元訂購MMC3.1或4.1版(MMCmobile和MMCplus)規(guī)范，而你的公司也并不需要成為MMCA成員。 

目前有三種類型的存儲(chǔ)卡以MMC框架為基礎(chǔ)，它們分別是：MMC Plus、MMC Mobile和MMC Micro。MMCplus是一種標(biāo)稱尺寸的MMC卡，它工作在2.7～3.6V電壓下；具有1、4或8位的總線帶寬；最低2.4MBPS的讀寫性能和26MHz頻率(可以選擇52MHz)。MMCmobile的體積更小，支持的電壓也更低：1.65~1.95 V及2.7~3.6V。MMCmobile還必須支持MMCplus所需要提供的性能。MicroSD是該系列的最新補(bǔ)充。MicroSD的體積不到miniSD的1/3，是目前可用的最小存儲(chǔ)卡(表1)。 


 

表1：各種存儲(chǔ)卡的主要參數(shù)比較。

MMC和SD卡：區(qū)別在哪里？ 

常常有人將MMC標(biāo)準(zhǔn)和SD標(biāo)準(zhǔn)混為一談，但實(shí)際上，它們是兩個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)。SD卡規(guī)范由以松下、東芝和SanDisk牽頭的一個(gè)組織所有，而MMC規(guī)范由一個(gè)由涵蓋廣泛的行業(yè)組織領(lǐng)導(dǎo)的MMCA(多媒體卡協(xié)會(huì))控制。 

有些出人意料的是，SD卡背后的推動(dòng)力量從未得到行業(yè)的廣泛認(rèn)可。SD卡具有與索尼MagicGate類似的加密硬件，MagicGate被用于索尼的MemoryStick產(chǎn)品中。在音樂界接受以數(shù)字方式傳播音樂之前，SD卡花了8年多的時(shí)間希望得到行業(yè)認(rèn)可，而現(xiàn)在，SD卡已經(jīng)成為該領(lǐng)域的附屬產(chǎn)品。去年初，MMC協(xié)會(huì)接納了具有競(jìng)爭(zhēng)性的安全卡標(biāo)準(zhǔn)——Secure MMC 1.1版規(guī)范。在三星網(wǎng)站www.samsung.com上可查到Secure MMC的概覽。 

MMC卡可插在為SD卡設(shè)計(jì)的物理槽內(nèi)，該槽有兩種形態(tài)：薄形和標(biāo)準(zhǔn)形。薄SD卡可插入MMC槽，但標(biāo)準(zhǔn)SD卡卻因?yàn)楹穸榷鵁o法插進(jìn)。MMC和SD卡所用的協(xié)議在SD卡規(guī)范rev 2.11中完全兼容，但自此后，兩種規(guī)范出現(xiàn)了某種程度的分道揚(yáng)鑣。 


 

圖1：7腳MMC卡和9腳SD卡的區(qū)別清楚可見。

MMC和SD卡的管腳排列是兼容的(圖1)。SD卡上最多有9個(gè)管腳，而MMC卡上最多有13個(gè)管腳(圖2)。MMC卡上多出管腳的唯一功能是增加總線寬度(表2)。因?yàn)榭梢詫?duì)總線寬度進(jìn)行編程，所以控制器可容易地找到共同特性并據(jù)此進(jìn)行設(shè)置。所有帶內(nèi)置MMC支持能力的微處理器也支持SD卡。  


 


更小體積：MMCmicro vs. MicroSD 

MMC和SD組織為小型閃存卡創(chuàng)建的兩種不同標(biāo)準(zhǔn)為業(yè)界帶來了困惑。通過使用機(jī)械適配器，MMCmicro和MicroSD(也稱為TransFlash)都后向兼容現(xiàn)有的SD/MMC插槽(圖3)。兩種存儲(chǔ)卡體積都很小，但MMCmicro比MicroSD更快。MMCmicro采用MMC規(guī)范定義的較高的52MHz時(shí)鐘速率，而MicroSD則繼續(xù)采用25MHz。另外，MMCmicro卡擁有4位數(shù)據(jù)總線，而MicroSD僅支持串行數(shù)據(jù)傳輸。再有，MMCmicro支持1.8V電壓，而MicroSD僅能工作于2.7～3.6 V電壓。  


 

圖2：13腳MMC卡后向兼容7腳版本。

XD-Picture卡 

XD-Picture卡(以下簡(jiǎn)稱“XD”卡)是在2002年7月推出的。與索尼的MemoryStick一樣，它也是一種專屬格式，所以很難從XD卡官方網(wǎng)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錢才能得到XD卡的使用許可，你必須與XD卡授權(quán)許可方簽定保密協(xié)議。 

XD卡與SmartMedia標(biāo)準(zhǔn)有一點(diǎn)類似，即它們都是針對(duì)原始NAND閃存的封裝技術(shù)。XD卡中沒有嵌入控制器，所以控制CPU負(fù)責(zé)維護(hù)邏輯-物理表、管理壞區(qū)并執(zhí)行糾錯(cuò)。該架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是減小了硅面積，并且允許管理CPU擁有更多的接口控制能力，從而縮短寫入時(shí)間。該架構(gòu)的不利面，是管理CPU必須執(zhí)行全部SmartMedia控制功能。  


 

圖3：MMCmicro與MMC和SD的管腳排布。

SDIO 

SDIO在SD標(biāo)準(zhǔn)上定義了一種外設(shè)接口。目前，SDIO有兩類主要應(yīng)用——可移動(dòng)和不可移動(dòng)。目前的可移動(dòng)設(shè)備作為Palm和Windows Mobile的擴(kuò)展設(shè)備，用來增加藍(lán)牙、照相機(jī)、GPS和802.11b功能。不可移動(dòng)設(shè)備遵循相同的電氣標(biāo)準(zhǔn)，但不要求符合物理標(biāo)準(zhǔn)。某些手機(jī)內(nèi)包含通過SDIO連接CPU的802.11芯片。此舉將“珍貴”的I/O管腳資源用于更重要的功能。 

藍(lán)牙、照相機(jī)、GPS和802.11b設(shè)備有專為它們定義的應(yīng)用規(guī)范。這些應(yīng)用規(guī)范與為PCI和USB設(shè)備定義的類規(guī)范很相像。它們?cè)试S任何宿主設(shè)備與任意外設(shè)“通話”，只要它們都支持應(yīng)用規(guī)范。 

SDIO和SD卡規(guī)范間的一個(gè)重要區(qū)別是增加了低速標(biāo)準(zhǔn)。SDIO卡只需要SPI和1位SD傳輸模式。低速卡的目標(biāo)應(yīng)用是以最小的硬件開支支持低速I/O能力。低速卡支持類似調(diào)制解調(diào)器、條碼掃描儀和GPS接受器等應(yīng)用。對(duì)“組合”卡(存儲(chǔ)器+ SDIO)而言，全速和4位操作對(duì)卡內(nèi)存儲(chǔ)器和SDIO部分都是強(qiáng)制要求的。 

CE-ATA 

CE-ATA有助于簡(jiǎn)化消費(fèi)電子(CE)和ATA硬盤的結(jié)合。消費(fèi)電子中有越來越多使用硬盤的趨向，但在小巧的手持設(shè)備中，40腳的ATA連接器和50腳的CF連接器實(shí)在占用了太多I/O資源。在CE-ATA規(guī)范中，ATA指令結(jié)構(gòu)被覆蓋在MMC物理層頂部。這種處理允許重新利用內(nèi)置在當(dāng)今常用應(yīng)用處理器內(nèi)的現(xiàn)有MMC控制器。CE-ATA連接器利用12個(gè)管腳實(shí)現(xiàn)9腳SD/MMC接口。多余的3個(gè)腳提供保留腳和額外的一對(duì)電源地，以便硬盤電機(jī)可工作在與信號(hào)線不同的電壓。CE-ATA接口性能與4位SD/MMC一樣。當(dāng)采用25MHz和52MHz時(shí)鐘時(shí)，其最高傳輸速率可分別達(dá)12.5MBPS和26MBPS。