移动存储器全面解析

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。

　　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）。

　　表1：各种存储卡的主要参数比较。

　　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。

　　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。

　　图1：7脚MMC卡和9脚SD卡的区别清楚可见。

　　MMC和SD卡的管脚排列是兼容的（图1）。SD卡上最多有9个管脚，而MMC卡上最多有13个管脚（图2）。MMC卡上多出管脚的唯一功能是增加总线宽度（表2）。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。

　　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。

　　图2：13脚MMC卡后向兼容7脚版本。

　　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。

　　图3：MMCmicro与MMC和SD的管脚排布。

　　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。