SD/MMC/SDIO 概念区分概要

SD（Secure Digital）与 MMC（Multimedia Card）

SD 是一种 flash memory card 的标准，也就是一般常见的 SD 记忆卡，而 MMC 则是较早的一种记忆卡标准，目前已经被 SD 标准所取代。在维基百科上有相当详细的 SD/MMC 规格说明：[http://zh.wikipedia.org/wiki/Secure_Digital]。

SDIO（Secure Digital I/O）

SDIO 是目前我们比较关心的技术，SDIO 故名思义，就是 SD 的 I/O 接口（interface）的意思，不过这样解释可能还有点抽像。更具体的说明，SD 本来是记忆卡的标准，但是现在也可以把 SD 拿来插上一些外围接口使用，这样的技术便是 SDIO。

所以 SDIO 本身是一种相当单纯的技术，透过 SD 的 I/O 接脚来连接外部外围，并且透过 SD 上的 I/O 数据接位与这些外围传输数据，而且 SD 协会会员也推出很完整的 SDIO stack 驱动程序，使得 SDIO 外围（我们称为 SDIO 卡）的开发与应用变得相当热门。

现在已经有非常多的手机或是手持装置都支持 SDIO 的功能（SD 标准原本就是针对 mobile device 而制定），而且许多 SDIO 外围也都被开发出来，让手机外接外围更加容易，并且开发上更有弹性（不需要内建外围）。目前常见的 SDIO 外围（SDIO 卡）有：

Wi-Fi card（无线网络卡）

CMOS sensor card（照相模块）

GPS card

GSM/GPRS modem card

Bluetooth card

Radio/TV card（很好玩）

SDIO 的应用将是未来嵌入式系统最重要的接口技术之一，并且也会取代目前 GPIO 式的 SPI 接口。

SD/SDIO 的传输模式

SD 传输模式有以下 3 种：

SPI mode（required）

1-bit mode

4-bit mode

SDIO 同样也支持以上 3 种传输模式。依据 SD 标准，所有的 SD（记忆卡）与 SDIO（外围）都必须支持 SPI mode，因此 SPI mode 是「required」。此外，早期的 MMC 卡（使用 SPI 传输）也能接到 SD 插糟（SD slot），并且使用 SPI mode 或 1-bit mode 来读取。

SD 的 MMC Mode

SD 也能读取 MMC 内存，虽然 MMC 标准上提到，MMC 内存不见得要支持 SPI mode（但是一定要支持 1-bit mode），但是市面上能看到的 MMC 卡其实都有支持 SPI mode。因此，我们可以把 SD 设定成 SPI mode 的传输方式来读取 MMC 记忆卡。

SD 的 MMC Mode 就是用来读取 MMC 卡的一种传输模式。不过，SD 的 MMC Mode 虽然也是使用 SPI mode，但其物理特性仍是有差异的：

MMC 的 SPI mode 最大传输速率为 20 Mbit/s；

SD 的 SPI mode 最大传输速率为 25 Mbit/s。

为避免混淆，有时也用 SPI/MMC mode 与 SPI/SD mode 的写法来做清楚区别。

SDIO卡接口技术

SDIO卡能够延伸一个装置的功能。目前有许多种SDIO卡被开发出来，例如：数字相机、蓝芽、GPS、WLAN都有它们各自的SDIO卡。SDIO 1.0标准定义了两种类型的SDIO卡：

1.全速的SDIO卡，传输率可以超过100 Mbps；

2.低速的SDIO卡，支援的时脉速率在0至400 KHz之间。SDIO卡只需要SPI和1-bit资料宽度的SD传输模式，4-bit模式是一个选项。低速的SDIO卡可以用最少的硬体支援低速的I/O装置，这些装置包含：数据机、条码扫描机、GPS接收机……等。如果这种记忆卡是一种「组合式（combo）」的卡片（记忆体加SDIO），就必须使用全速的模式和4-bit的传输模式，这是SDIO 1.0标准规定的。附图九是两个4-bit模式的SDIO卡的线路连接图。

　



图九：两个4-bit模式的SDIO卡的线路连接方式

　

SDIO的信号传输模式有SPI、1-bit、4-bit三种。在SPI模式中，第8脚位被当成中断信号。其它脚位的功能和通信协定与SD记忆卡的标准规范一样。附表五是SDIO的每个脚位在不同信号模式下的定义。

　



表五：SDIO的脚位定义

　

SDIO内部的记忆体映射

SDIO记忆卡内部具有固定的记忆体映射，这包含暂存器空间或称为「一般资讯区域（common information area；CIA）」，以及特殊功能区域（function unique area）。CIA包含了与SDIO记忆卡有关的资讯，以及一些必要的（mandatory）和可选择的（optional）暂存器，它们都位于固定的位址上。藉此，SDIO的主机（譬如：可携式装置）能够得到SDIO记忆卡的有关资讯，并执行一般性的作业。特殊功能区域储存了许多种不同的功能，这是由供应商定义的，因此，不同厂牌的SDIO记忆卡可能会有不同的功能。附图十是具有许多种不同功能的SDIO记忆卡内部的固定记忆体映射空间。其中，RFU是「保留给未来使用（Reserved
for Future Use）」的意思。CIA所包含的暂存器可以开启或关闭I/O作业、处理硬件中断、载入韧体（这是选项）。这些暂存器也提供与SDIO记忆卡功能相关的资讯和要求。CIA支援下列3种暂存器：

．一般控制暂存器（Card Common Control Register；CCCR）：能快速检查SDIO主机，并依照不同的SDIO记忆卡之功能控制它们的启动和中断能力。即使在开机后，SDIO记忆卡的I/O功能尚未被启动，但是CCCR是可以被存取的，这使得SDIO主机于系统初始化后，可以立即启动SDIO记忆卡的I/O功能。

．基本功能暂存器（Function Basic Register；FBR）：每一个I/O功能具有256 bytes的记忆体空间，这使得SDIO主机能够快速地判定每一个I/O功能的能力和要求，并启动韧体下载功能。这个空间位址是从0x00n00至0x00nFF，n是功能编号（从0x1至0x7）。

．记忆卡资讯结构（Card Information Structure；CIS）：CIS提供更完整的记忆卡功能的相关资讯。这是仿照PCMCIA标准所制定的规格。SDIO记忆卡的每一个功能都各有一个CIS区域，以及一个共用的CIS区域；共用的CIS区域储存了所有功能的共同特性，每一个功能的CIS区域则储存了该功能所具备的特性。CCCR和FBR各具有一个指标指向相对应的CIS位址。

　



图十：SDIO记忆卡内部的固定记忆体映射空间

　

此外，由于SDIO记忆卡的每一个功能可能需要包含额外的记忆体空间，用来储存驱动程式或应用程式。而且，因为SDIO记忆卡可能必须支援不同的平台，所以每一个驱动程式或应用程式可能会有许多种版本。解决的方法有两种：一种是使用SD的标准规范（如附图十一），来设计「组合卡」；另一种是使用嵌入式的「程式码储存区域（Code Storage Area；CSA）」。

　



图十一：SD的记忆体映射空间。SMC是「静态记忆体控制器（Static Memory Controller）」、BFC是「暴量传输的（burst）FLASH控制器（Burst Flash Controller）」。