Технология Secure Digital для карт памяти

№ 12’2011
PDF версия
Классификация, устройство и интерфейс карт памяти стандарта SD.

Классификация, устройство и интерфейс карт памяти стандарта SD

В январе 2000 года группа ведущих компаний — производителей электроники (Panasonic, SanDisk и Toshiba) основала организацию SD Association, основной деятельностью которой является создание и продвижение стандарта Secure Digital (SD) для портативных карт памяти на основе энергонезависимой Flash-памяти. Уже через год была представлена первая версия стандарта (стандарт Physical Layer Specification, version 1.01), описывающая карты памяти объемом до 2 Гбайт, со скоростью передачи данных до 10 Мбайт/с и скоростью обмена по SD-шине до 12,5 Мбайт/с (Default Speed bus mode, DS). Со временем в организацию вступали новые члены (стоимость вступления на общих основаниях сегодня составляет $2000, а для эксклюзивных правообладателей она увеличена до $4500). На данный момент в SD Association входят более 1000 участников.

Развитием стандарта стала версия 1.10, выпущенная в октябре 2004 года, в которой был введен высокоскоростной режим обмена (High Speed bus mode, HS), обеспечивающий обмен данными и командами по SD-шине со скоростью до 25 Мбайт/с и минимальная скорость чтения/записи 10 Мбайт/с. В мае 2006 года появилась версия 2.0 стандарта, основным отличием которой стало введение нового класса SD-карт памяти с увеличенным объемом хранимой информации до 32 Гбайт включительно (Secure Digital High Capacity, SDHC). Текущая версия стандарта (Physical Layer Specification, version 3.01) описывает SD-карты объемом до 2 Тбайт включительно (Secure Digital eXtended Capacity, SDXC), обеспечивающие защиту хранимой информации от несанкционированного доступа и копирования (по технологии Content Protection for Recordable Media, CPRM); также были введены новые высокоскоростные режимы работы SD-шины (Ultra High Speed I bus mode), обеспечивающие скорость обмена до 104 Мбайт/c. Продолжением стандарта будет разрабатываемая в данный момент 4-я версия (Physical Layer Specification, version 4.0), согласно которой скорость обмена по SD-шине может достигать уже 312 Мбайт/с (UHS-II bus mode).

Современные SD-карты памяти выпускаются в трех форм-факторах (табл. 1) — полноразмерные карты (full-size SD), miniSD и microSD. Полноразмерные карты нашли применение в цифровых фото- и видеокамерах, электронных книгах и навигаторах; microSD наиболее часто используют в мобильных телефонах и смартфонах, а miniSD является переходным вариантом между двумя предыдущими. На сегодня уже тысячи моделей устройств поддерживают стандарт SD.

Таблица 1. Конструктивное исполнение карт памяти стандарта SD

Внешний вид
Форм-фактор full-size SD miniSD microSD
Размеры, мм 32×24×2,1 21,5×20×1,4 15×11×1
Количество контактов 9 11 8
Механическая защита от записи Есть Нет Нет
Вес, г ~2 ~1 ~0,5

По объему хранимой информации карты подразделяются на:

  • Standard Capacity SD Memory Card (SDSC): до 2 Гбайт (включительно);
  • High Capacity SD Memory Card (SDHC): от 2 до 32 Гбайт (включительно);
  • Extended Capacity SD Memory Card (SDXC): от 32 Гбайт до 2 Тбайт (включительно).

Следует отличать скорость обмена данными по шине и скорость чтения/записи в карту памяти: первая характеризует скорость обмена служебной информацией по SD-шине (в которую входят не только пользовательские данные, но и различная служебная информация), а вторая — реальную скорость чтения/записи пользовательских данных во встроенную энергонезависимую Flash-память. Для классификации скорости чтения/записи пользовательских данных стандартом вводится порог, указывающий на минимальную скорость чтения/записи. Также имеются два принципиально разных типа SD-карт памяти — стандартных классов (SD Class 2, 4, 6, 10) и высокоскоростные (UHS-I) с различными требованиями по скорости обмена по шине (рис. 1).

Классификация SD-карт памяти

Рис. 1. Классификация SD-карт памяти

Стандартные классы SD-карт классифицируются следующим образом (в скобках указаны требования по режиму работы SD-шины):

  • SD Class 2: скорость чтения/записи не ниже 2 Мбайт/с (Default Speed bus mode);
  • SD Class 4: скорость чтения/записи не ниже 4 Мбайт/с (Default Speed bus mode);
  • SD Class 6: скорость чтения/записи не ниже 6 Мбайт/с (Default Speed bus mode);
  • SD Class 10: скорость чтения/записи не ниже 10 Мбайт/с (High Speed bus mode) — опциональный режим.

Следует отметить, что размерность скорости передачи данных [Мбайт/с] определяется как [1000×1000 байт/с], в то время как размер памяти [Мбайт] эквивалентен [1024×1024 байт]. Это связано с тем, что скорость передачи данных определяется максимальной частотой работы SD-шины (25 Мбайт/с = 25 000 000 байт/с при частоте шины 50 МГц), а размер памяти определяется степенью 2.

Существуют также высокоскоростные SD-карты, требующие более быстрых режимов работы SD-шины (Ultra High Speed bus mode, UHS-I) и пониженного уровня сигналов (1,8 В вместо 3,3 В в стандартных классах). В таких картах скорость обмена по шине может достигать 104 Мбайт/c, а скорость чтения/записи — порядка 95 Мбайт/с. Помимо стандартных скоростных режимов работы шины (DS, HS) в SD UHS-I введено еще 5 режимов:

  • SDR12 (Single Data Rate): скорость обмена по SD-шине до 12,5 Мбайт/c.
  • SDR25 (Single Data Rate): скорость обмена по SD-шине до 25 Мбайт/c.
  • SDR50 (Single Data Rate): скорость обмена по SD-шине до 50 Мбайт/c.
  • SDR104 (Single Data Rate): скорость обмена по SD-шине до 104 Мбайт/c.
  • DDR50 (Double Data Rate): скорость обмена по SD-шине до 50 Мбайт/c — опциональный режим (обязателен только для карт памяти microSD UHS-I).

Максимальные скорости обмена по SD-шине и соответствующая им частота работы шины для карт памяти класса UHS-I показаны на рис. 2 и 3 соответственно.

Максимальная скорость обмена по шине SD

Рис. 2. Максимальная скорость обмена по шине SD

Максимальная частота работы шины SD

Рис. 3. Максимальная частота работы шины SD

Сравнительные характеристики и классификация различных видов карт памяти представлены в таблице 2.

Таблица 2. Основные параметры SD-карт памяти

Виды карт SD SDHC SDXC
Размер памяти SD ≤ 2 Гбайт 2 Гбайт < SDHC ≤ 32 Гбайт 32 Гбайт < SDXC ≤ 2 Тбайт
Файловая система FAT 12, FAT 16 FAT 32 exFAT
Конструктивное исполнение SD, miniSD, microSD SD, miniSD, microSD SD, microSD
Скорость обмена по шине DS DS, HS, UHS-I DS, HS, UHS-I
Скорость передачи данных SD class 2, 4, 6 SDHC class 2, 4, 6, 10, SDHC UHS-I SDXC class 2, 4, 6, 10, SDXC UHS-I
Защита данных CPRM CPRM CPRM

Следует отметить тот факт, что в картах памяти SDXC используется проприетарная файловая система exFAT, разработанная и запатентованная корпорацией Microsoft, вследствие чего возникает вопрос о возможности использования таких карт в операционных системах, отличных от семейства Windows.

SD-карты поддерживают три различных режима обмена с хостом: однобитный SPI-режим, скорость обмена по которому не превышает 3,125 Мбайт/с (при максимальной частоте работы шины 25 МГц), однобитный и четырехбитный SD-режимы обмена (тактовый сигнал, вывод команд, 4 вывода данных и 3 вывода цепей питания/«земли»). Назначение выводов карты памяти в режиме SPI (табл. 3) и SD (табл. 4) показано на рис. 4 (здесь и далее рассматриваются только полноразмерные карты памяти).

Назначение выводов SD-карты памяти

Рис. 4. Назначение выводов SD-карты памяти

Таблица 3. Назначение выводов в SPI-режиме

Номер Обозначение Тип Описание
1 CS IN Выбор микросхемы
2 DI IN Входные данные
3 VSS1 PWR «Земля»
4 VDD PWR Питание 2,7–3,6 В
5 SCLK IN Тактовый сигнал
6 VSS2 PWR «Земля»
7 DO OUT Выходные данные
8 RSV   Не используется
9 RSV   Не используется

Примечание. IN — вход; OUT — выход; PWR — цепи питания; IN/OUT — тристабильная шина.

Таблица 4. Назначение выводов в SD-режиме

Номер Обозначение Тип Описание
1 CD/DAT3 IN/OUT Сигнал обнаружения карты, данные 3-го канала
2 CMD IN/OUT Команды
3 VSS1 PWR «Земля»
4 VDD PWR Питание 2,7–3,6 В
5 CLK IN Тактовый сигнал
6 VSS2 PWR «Земля»
7 DAT0 IN/OUT Данные 0-го канала
8 DAT1 IN/OUT Данные 1-го канала
9 DAT2 IN/OUT Данные 2-го канала

Примечание. IN — вход; OUT — выход; PWR — цепи питания; IN/OUT — тристабильная шина.

Типовое устройство SD-карты памяти показано на рис. 5. В состав карты входит контроллер интерфейса SD, блок специализированных регистров, процессорный блок с контроллером прямого доступа памяти, супервизор питания со стабилизатором напряжения питания и устройством формирования сброса схемы, контроллер интерфейса Flash-памяти с блоком коррекции ошибок и микросхемы энергонезависимой Flash-памяти.

Устройство SD-карты памяти

Рис. 5. Устройство SD-карты памяти

В задачи контроллера интерфейса SD входит декодирование команд, поступающих от хоста, генерирование определенных видов ответов на эти команды (набор команд и ответов стандартизирован) и задачи приема и передачи данных. Целостность данных и команд контролируется алгоритмом подсчета и проверки контрольной суммы пакета.

Стандарт на SD-карты также требует наличия служебных регистров, доступ к которым осуществляется по специальным командам, декодируемым в контроллере интерфейса SD. Список служебных регистров и их краткое описание показаны в таблице 5.

Таблица 5. Служебные регистры SD-карты

Регистр Разрядность Описание
CID 128 Card Identification Number — содержит уникальные идентификаторы карты и производителя
RCA 16 Relative Card Address — содержит текущий системный адрес карты, динамически присвоенный хостом во время инициализации
DSR 16 Driver Stage Register — определяет параметры нагрузочной способности выводов карты (опционально)
CSD 128 Card Cpecific Data — определяет параметры, характеризующие формат хранения данных, время доступа и другую служебную информацию, необходимую для организации доступа к карте
SCR 64 SD Configuration Register — указывает на поддержку картой специальных режимов работы и команд
OCR 32 Operating Condition Register — содержит информацию о допустимом диапазоне напряжения питания карты
SSR 512 SD Status Register — информация о проприетарных функциях
CSR 32 Card Status Register — различные биты статуса выполнения команд и флаги ошибок

Блоки энергонезависимой Flash-памяти осуществляют обмен данными с контроллером SD-карты через контроллер интерфейса Flash-памяти, в котором также имеется блок коррекции ошибок, возникающих в процессе чтения и записи данных во Flash-память. На сегодня в качестве основного кода коррекции ошибок используется код БЧХ, исправляющая способность которого в наиболее продвинутых устройствах достигает 60 битовых ошибок на 512 байт пользовательской информации.

В карте также имеется супервизор питания со встроенными стабилизаторами напряжения питания 3,3 и 1,8 В и схемой формирования сигнала начального сброса блоков контроллера SD.

Настройку и организацию обмена данными между блоками осуществляет процессорный блок. Также в его задачи входит реализация программного алгоритма контроля равномерного использования блоков Flash-памяти (в процессе записи информации) для повышения износостойкости карты.

Для увеличения скорости чтения/записи информации используют канал прямого доступа к памяти из интерфейса Flash-памяти напрямую в интерфейс SD, минуя процессорную шину.

Более подробную информацию о режимах работы карты и ее блоках, а также о реализации обмена данными в различных режимах можно будет найти в следующих статьях.

Литература

  1. http://www.sdcard.org
  2. SD Specifications Part 1 Physical Layer Simplified Specification. Version 3.01. May 18, 2010.
  3. SanDisk SD Card Product Manual. Version 2.2. Nov. 2004.
xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *