|
Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации
Твердотельные устройства хранения используются в миниатюрных компьютерах, а также компьютеризированных цифровых устройствах бытовой электроники — фотокамерах, плейерах, приемниках глобальной системы позиционирования (GPS), музыкальных инструментах и прочих. В большинстве своем эти устройства основаны на микросхемах флэш-памяти, в наиболее современных используется память со структурой NAND (см. п. 7.3.2). Этому типу флэш-памяти присуще быстрое чтение, запись и стирание небольших блоков (256 или 512 байт), что удобно для записи файлов. Правда, для этой памяти характерны довольно медленное чтение произвольного байта и отсутствие возможности побайтной записи, но приложениям этих карт такая возможность и не требуется, поскольку они ориентированы на блочный обмен. Устройства на флэш-памяти являются энергонезависимыми (в режиме хранения не требуют питания), экономичными в плане потребления,
9.3. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации
особенно при чтении, достаточно производительными, но, увы, недешевыми. Запись на эти носители специфична: быстрее всего она выполняется в чистый (стертый) блок (сектор диска), а перезапись требует относительно длительного стирания. Кроме того, флэш-память имеет хоть и большое (порядка 105), но ограниченное число циклов стирания-записи — как ни странно, у носителей с подвижным носителем с этим ограничением не сталкиваются. Устройства хранения обычно представляют комбинацию собственно микросхем памяти и микроконтроллера, обеспечивающего внешние интерфейсные функции. Этим они отличаются от карт памяти с линейным доступом, например Miniature Card, на которых располагаются только микросхемы памяти (встроенный контроллер не требуется).
Есть и другие твердотельные хранители — например, ферроэлектрическая память (FRAM), но пока что массового применения они не имеют. Менее чем за десятилетие устройства хранения на флэш-памяти прошли большой путь от электронных «дисков» («винчестеров») размером в 3" до современных, размером с почтовую марку. Интерфейсы твердотельных устройств хранения — карт внешней памяти — тесно связаны с их конструктивами; основные характеристики наиболее распространенных карт приведены в табл. 9.12.
Таблица 9.12.Основные характеристики карт внешней памяти
| CompactFlash
| SmartMedia
| MultiMedia
| Sequre
| Miniature
|
|
| Card
| Card
| Digital
| Card
| Длина
| 36,0
| 45,0
| 32,0
| 32,0
| 33,0
| Ширина
| 43,0
| 37,0
| 24,0
| 24,0
| 38,0
| Высота
| 3,3/5,0
| 0,76
| 1,4
| 2,1
| 3,5
| Коннектор
| Штырьковый
| Печатный
| Печатный
| Печатный
| Эластомер
| Число контактов
|
|
|
|
|
| Вышеперечисленные карты можно подключать и к обычным компьютерам. Для этого существуют различные адаптеры: для слотов PC Card (к блокнотным ПК), для шины USB (для самых разных ПК) и для других внешних интерфейсов. С помощью этих адаптеров компьютер «видит» подключенную карту как обычный сменный носитель информации (диск). Конечно, компьютеры общего назначения в такой внешней памяти не нуждаются — своя и больше, и дешевле. Главная цель подключения карты к ПК — быстрая передача прикладных данных бытового устройства (фотографий, музыки и т. п.) или перенос (хранения) информации (вместо дискет).
В качестве интерфейса твердотельных устройств хранения может использоваться и самый обычный вариант AT А. Существуют устройства DOM (Disk On Module) — небольшие модули, которые вставляются в обычный 40-контактный разъем АТА, имеющийся на любой современной системной плате. Правда, этот «винчестер» не блещет выдающимися параметрами: объем — 4-256 Мбайт, средняя скорость передачи данных — 1,6 Мбайт/с, удельная стоимость хранения — около $1,5 за мегабайт. Внутри модуля находится флэш-память структуры NAND с контроллером, эмулирующим систему команд АТА. Основное применение этих модулей — хранение ПО встраиваемых компьютеров, но можно ими пользоваться и как сменными устройствами хранения.
Глава 9. Интерфейсы устройств хранения
CompactFlash
Карты CompactFlash (рис. 9.7), поддерживаемые ассоциацией CFA (Compact Flash association), широко используются в различных электронных приборах: цифровых фотокамерах, фотопринтерах, МРЗ-плейерах, цифровых диктофонах, персональных коммуникаторах и, конечно же, компьютерах — настольных, карманных, автомобильных. Карты имеют размер 42,8 х 36,4 х 3,3 мм (4 мм с учетом выступа) и 50-контактный разъем (розетка на карте, двухрядный штырьковый разъем с шагом 1,27 мм на слоте). Назначение контактов приведено в табл. 9.13. Через переходник с 50 на 68-контактный разъем карты могут устанавливаться в слот PC Card Type II или III, имеющийся практически во всех блокнотных ПК. Объем памяти выпускаемых в настоящее время карт — от 4 Мбайт до 1 Гбайт, напряжение питания — 5 или 3,3 В. Карты могут работать в одном из трех режимов: карт памяти (Mem), карт ввода-вывода PC Card (I/O), «чистого» режима IDE (ATA). В первых двух режимах карты работают с теми же интерфейсными сигналами, что и PC Card. В режиме IDE электрический интерфейс и система команд полностью совместимы со спецификацией АТА (см. п. 9.2.1), правда, обмен данными возможен только в режиме РЮ. Режим IDE выбирается заземлением на стороне хоста сигнала ATA_SEL#. При этом из шины адреса используются только А[2:0] (остальные заземлены хостом); шина данных при обращениях к регистрам АТА имеет разрядность 8 бит, а при передаче данных — 16. Сигналы CSO# и CS1# используются для выбора блока командных и управляющих регистров соответственно. Сигналы PDIAG#, DASP#, CSEL#, RESET* и IORDY соответствуют спецификации АТА. Сигналом CSEL# выбирается роль карты: при заземленном контакте — устройство 0 (master), при разомкнутом — устройство 1 (slave); можно воспользоваться и «кабельной выборкой». Сигналы REG# и WE# должны подключаться к шине питания (Vcc). Сигналы CD1# и CD2# являются индикаторами установки карты (их контакты замыкаются последними, на карте они заземлены). В табл. 9.14 описан чисто пассивный переходник, позволяющий подключить карту Compact Flash к обычному порту АТА (IDE), имеющемуся на любой современной системной плате.
Рис. 9.7. Карты CompactFlash
9.3. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации
Таблица 9.13.Назначение контактов карт CompactFlash
№ Mem
I/O
IDE
№ Mem
I/O
IDE
| GND
| GND
| GND
|
| CD1#
| CD1#
| CD1#
|
| DOS
| DOS
| DOS
|
| D11
| D11
| D11
|
| D04
| D04
| D04
|
| D12
| D12
| D12
|
| DOS
| DOS
| DOS
|
| D13
| D13
| D13
|
| D06
| D06
| D06
|
| D14
| D14
| D14
|
| D07
| D07
| D07
|
| D15
| D15
| D15
|
| CE1#
| CE1#
| CSO#
|
| CE2#
| CE2#
| CS1#
|
| A10
| A10
| A10
|
| VS1#
| VS1#
| VS1#
|
| OE#
| OE#
| ATA_SEL#
|
| IORD#
| IORD#
| IORD#
|
| A09
| A09
| A09
|
| IOWR#
| IOWR#
| IOWR#
|
| A08
| A08
| A08
|
| WE#
| WE#
| WE#
|
| A07
| A07
| A07
|
| RDY/BSY
| IREQ
| INTRQ
| 13.
| VCC
| VCC
| VCC
|
| VCC
| VCC
| VCC
|
| A06
| A06
| A06
|
| CSEL#
| CSEL#
| CSEL#
|
| A05
| A05
| A05
|
| VS2#
| VS2#
| VS2#
|
| A04
| A04
| A04
|
| RESET
| RESET
| RESET#
|
| A03
| A03
| A03
|
| WAIT*
| WAIT#
| IORDY
|
| A02
| A02
| A02
|
| INPACK*
| INPACK*
| INPACK#
|
| A01
| A01
| A01
|
| REG#
| REG#
| REG#
|
| AGO
| AOO
| AOO
|
| BVD2
| SPKR#
| DASP#
|
| DOO
| DOO .
| DOO
|
| BVD1
| STSCHG#
| PDIAGtf
|
| D01
| D01
| D01
|
| D08
| DOS
| DOS
|
| D02
| D02
| D02
|
| D09
| D09
| D09
|
| WP
| IOIS16*
| IOCS16*
|
| D10
| D10
| D10
|
| CD2#
| CD2#
| CD2#
|
| GND
| GND
| GND
| Таблица 9.14.Переходник CompactFlash Card — ATA
ATA, конт. № Цепь
CFC, конт. № CFC, конт. № Цепь
ATA, конт. №
2
GND1
GND'
GND1
GND1
GND1
+5V2
GND1
GND
|
| DOS
|
| D04
|
| DOS
|
| D06
|
| D07
|
| CSO#
|
| A10
|
| ATA_SEL#
|
| A09
|
| A08
|
| A07
|
| VCC
|
| A06
|
| 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
CD1#
| -
| D11
|
| D12
|
| D13
|
| D14
|
| D15
|
| CS1#
|
| VS1#
| -
| IORD#
|
| IOWR#
|
| WE#
| +5V2
| INTRQ
|
| VCC
| +5V2
| CSEL#
| 283
|
| продолжение &
|
Глава 9. Интерфейсы устройств хранения
Таблица 9.14 (продолжение)
АТА, конт. № Цепь CFC, конт. № CFC, конт. № Цепь
ATA, конт. №
GND1
| А05
|
|
| VS2#
| -
| GND1
| А04
|
|
| RESET*
|
| GND1
| АОЗ
|
|
| IORDY
|
|
| А02
|
|
| INPACK#
| -
|
| А01
|
|
| REG#
| +5V2
|
| АОО
|
|
| DASP#
|
|
| DOO
|
|
| PDIAG#
|
|
| D01
|
|
| D08
|
|
| D02
|
|
| D09
|
|
| IOCS16#
|
|
| D10
|
| -
| CD2#
|
|
| GND
| GND'
| 1 С шиной GND должны быть соединены контакты 2,19,22,24,26,30 и 40 разъема АТА, а также контакт разъема питания.
2 Питание +5V на переходник подается от дополнительного разъема.
3 Возможно подключение не к разъему АТА, а к шине GND через джампер: замкнут — ведущее устройство, разомкнут — ведомое.
SmartMedia Card
Карты SmartMedia Card, поддерживаемые ассоциацией PCMCIA, предназначены примерно для того же круга приложений, что и CompactFlash. Они совсем тонкие, имеют менее «нежный» печатный разъем с малым числом контактов (всего 22) и не боятся не только повышенной влажности, но и воды. Карты основаны на микросхемах флэш-памяти с организацией запоминающих ячеек NAND. Средняя скорость передачи данных — 2 Мбайт/с, пиковая — до 10. Вид карт приведен на рис. 9.8, назначение контактов —в табл. 9.15. Карты на 5 В выпускаются объемом 16и32 Мбит (2 и 4 Мбайт). Карты на 3,3 В выпускаются объемом 16, 32 или 64 Мбит (2, 4, 8 Мбайт); у них контакт 17 соединен с Vcc. Для карт SmartMedia выпускают простые переходные адаптеры на слот PC Card Type II. Появились даже устройства FlashPath™ для считывания этих карт в обычном дисководе(!) 1,44 Мбайт.
а б
Рис. 9.8. Карты SmartMedia: а — питание 5 В, б — питание 3,3 В
9.3. Интерфейсы иконструктивы твердотельных носителей информации________________ 399
Таблица 9.15.Назначение контактов SmartMedia Card № Цепь № Цепь
| VCC(5 B)
|
| Vss
|
| СЕ#
|
| CLE
|
| RE#
|
| ALE
|
| R/B
|
| WE#
|
| GND
|
| WP#
|
| Power Detect
|
| 1/01
|
| I/08
|
| I/02
|
| I/O?
|
| I/O3
|
| I/06
|
| I/O4
|
| I/O5
|
| Vss
|
| Vcc
|
| vss
| 9.3.3. MultiMediaCard и Sequre Digital
Карты MultiMediaCard (MMC) и Secure Digital (SD) еще компактнее — их размер в плане всего 32x24 мм при толщине 1,4 мм у ММС и 2,1 мм у SD. Эти карты имеют краевой печатный разъем, 7-контактый у ММС и 9-контактный у SD. У карт ММС на разъем выводятся питание, управляющий сигнал, сигнал синхронизации и двухразрядная шина данных. У карт SD за счет пары дополнительных контактов шина данных расширена до 4 бит, что позволяет повысить скорость обмена. Конструктивно карты SD сделаны так, что устройства, работающие с ними, физически могут работать и с картами ММС, но не наоборот (в тонкий слот ММС более толстую карту SD и не вставить). Логическая совместимость должна обеспечиваться программным обеспечением хоста (устройства, в которое вставляют карту). Карты ММС и SD предназначены примерно для того же спектра устройств, что и CompactFlash; к ним стоит добавить и электронные книги (eBook). Однако назначение этих карт различно: ММС предназначены для широкого распространения данных — музыки, игр, электронных книг, — и они являются довольно дешевыми носителями информации. Карты SD предназначены для безопасного (в смысле конфиденциальности) распространения информации, и они гораздо дороже. Карты SD разработаны альянсом трех компаний — Toshiba, Matsushita (более известная по торговой марке Panasonic) и SanDisk, которые организовали ассоциацию SDA (Secure Digital Association), выпускающую спецификации, принятые уже сотнями фирм во всем мире. Членство в ассоциации платное и дорогостоящее; по вполне понятным причинам технические детали SD широко не освещаются (иначе грош цена провозглашаемой безопасности).
Карты SD (рис. 9.9) имеют размер 32x24x2,1 мм; справа на рисунке виден переключатель защиты записи (WP), предохраняющий от случайного стирания. На печатной плате карты SD смонтирована флэш-память структуры NAND, SD-контроллер и вспомогательные компоненты. 9-контактный разъем карт SD (табл. 9.16) по выводам 1-7 совпадает с картами ММС. Карты SD допускают «горячее» подключение/ отключение. Конструкция коннектора рассчитана на 10 000 циклов вставки-изъятия. Карты выдерживают до 200 000-300 000 циклов записи в каждый блок флэш-памя-
400________________________________ Глава 9. Интерфейсы устройств хранения
ти и падение на пол с высоты 3 м. Они устойчивы и к жаре, и к морозу. Скорость передачи данных у первых карт SD — 2 Мбайт/с, объем — 8-512 Мбайт; в 2002 г. планируется подъем скорость до 10 Мбайт/с и объем до 1 Гбайт, а в 2004 — до 20 Мбайт/с и 4 Гбайт. Начальная удельная цена хранения высока — $3 за 1 Мбайт, но постепенно она должна снизиться до уровня $1 за 1 Мбайт (что тоже немало!) и ниже.
Рис. 9.9. Карта памяти SD (вид сзади)
Для карт SD разработаны (и разрабатываются) спецификации форматов данных на трех уровнях:
♦ физический уровень описывает перезаписываемые карты (SD-Rewritable) и постоянную память (SD-Read Only);
♦ уровень файловой системы использует стандарт ISO 9293;
♦ прикладной уровень учитывает специфику атрибутов различных типов содер жимого — музыки (SD-Audio), изображений (SD-Picture), речи (SD-Voice), видео (SD-Video) и других.
Таблица 9.16.Назначение контактов карт ММС и SD Контакт Цепь Контакт Цепь
| Command
|
| Data O
|
| Vss
|
| Datal
|
| Vdd
|
| Data 2
|
| Clock
|
| Data3
|
| Vss
|
|
| На всех уровнях действуют средства безопасности (Security), являющиеся основным «коньком» SD. В SD используются технологии обеспечения безопасности CPRM (Content Protection for Recordable Media — защита содержимого записываемых носителей) — стандарта шифрования и сертификации/аутентификации, разработанного и лицензируемого фирмами IBM, Intel, Matsushita (Panasonic) и Toshiba. Карты SD-Audio отвечают требованиям SDMI1 (Secure Digital Music Initiative) к портативным устройствам.
SDMI — коалиция производителей аудиоаппаратуры RIAA (Recording Industry Association of America) и компаний музыкальной индустрии (включающей ведущие звукозаписывающие фирмы UMG, ВМС, EMI, WMG, SME), направленная на защиту авторских прав на музыкальные произведения.
9.3. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации 401
Карта SD имеет три области хранения с разными возможностями доступа: область хранения ключей шифрования и аутентификации, область секретных данных и область данных общего назначения. Секретные данные хранятся и передаются в зашифрованном виде, их кодирование-декодирование выполняется хостом (устройством, в которое устанавливается карта). Для того чтобы установить канал обмена секретными данными, требуется взаимная аутентификация хоста и карты: хост должен «признать» карту, а карта — хост. Таким образом, обмен данными с защищенной областью карты возможен только на «фирменных» устройствах (до тех пор пока алгоритмы и ключи шифрования не попадут в руки хакеров).
Карты SD продаются в форматированном виде; при необходимости они могут быть переформатированы на специальном устройстве или хосте SD, имеющем функции форматирования. Нештатное форматирование (например, на компьютере) может привести карту в состояние, негодное для дальнейшего применения, — защита может сработать как дверь, захлопнувшаяся на замок, единственный ключ от которого остался внутри.
Совместимость SD и ММС весьма ограничена. Хосты SD-карт совместимы с картами ММС на физическом уровне; в картах ММС и SD используется одна и та же структура таблицы размещения файлов (FAT), чем обеспечивается совместимость и на уровне записи/чтения файлов. Однако на прикладном уровне программные спецификации «начинки» этих карт могут и различаться. Так, например, в SD МРЗ-плейеры нельзя вставлять карты ММС — они используют различные форматы данных. Данные общего назначения (не секретные) могут быть перенесены с ММС на SD, но перенос секретных данных хосты не допустят (если хост — не компьютер со взломанным ПО). Хосты ММС-карт с SD-картами несовместимы даже чисто физически (эти карты в слот для ММС не влезут по толщине).
Кроме карт SD-памяти, планируется выпуск и карт ввода-вывода (SD I/O card). В первую очередь рассматривается интерфейс Bluetooth, позволяющий быстро и без проводов синхронизировать данные устройств, имеющих слот SD, друг с другом и с устройствами, уже имеющими этот интерфейс.
Miniature Card
Карты Miniature Card предназначены для использования в недорогих устройствах бытовой электроники в качестве сменной флэш-памяти, а также расширения динамической памяти (рис. 9.10). В интерфейсе карт используется линейный доступ к произвольной ячейке памяти с адресуемым объемом до 64 Мбайт. Карты имеют немультиплексированную 16-разрядную шину данных и могут работать в пакетном режиме передачи данных. Также имеется возможность работы с 8-разрядным хостом (старший и младший байты шины запараллеливаются, линия BS8# заземляется). Интерфейс хоста для этих карт конфигурируется на работу в режиме DRAM или флэш-памяти; карты снабжаются микросхемой энергонезависимой памяти идентификации с интерфейсом PC. Карты имеют прорези для правильного позиционирования и коннектор, обеспечивающий «горячее» (даже для DRAM!) подключение. При установке передний край карты вводят в слот, при этом подключаются контакты «первой очереди»: GND, VCC и CINS* (контакт, за-
Глава 9. Интерфейсы устройств хранения
мыкающийся на «землю»). Затем карта опускается вниз, прижимаются контакты основного эластомерного разъема и замыкается контакт обнаружения CD#. Карты могут работать с питанием 5 и 3,3 В; для идентификации питания служат сигналы VS1 #, VS2#. Карта Miniature Card через переходный адаптер может устанавливаться в слот PC Card типа 2.
GND CINS# Vcc
а б
Рис. 9.10. Карта Miniature Card: а — общий вид, б — вид снизу
При работе по интерфейсу DRAM используются линии адреса А[12:0] и управляющие сигналы RAS#, CASH* и CASL# (стробы для старшего и младшего байтов), а также WE#. Карты имеют отдельную линию питания Veer для регенерации при отключенном основном питании.
При работе по интерфейсу флэш-памяти используются линии адреса А[24:0] и управляющие сигналы ОЕ# (чтение), WE# (запись), СЕН# и СЕ1_# (выборка для старшего и младшего байтов).
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|