CN1449542A - 电子系统中对带有不同接口的小型电子电路卡的使用 - Google Patents

电子系统中对带有不同接口的小型电子电路卡的使用 Download PDF

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Abstract

诸如汽车无线电设备、便携式和其它计算设备、全球定位系统接收器的电气系统通常需要在使该系统全部或部分地可操作之前，或者在可以接收某些数据之前从可移动地插入到该系统的卡插槽中的小容量存储器卡输入正确的安全代码。相同类型的存储器卡还用于存储该系统在经该安全代码启动的功能中使用的数字数据，这些数据卡与含有该安全代码的卡一样可移动地插入到同一个卡插槽中。替代地，可在单个卡中包含应用数据和安全代码二者。一种应用的例子是汽车无线电设备，其中由第二卡提供的数据是通过该无线电设备的音频系统再现的音乐。

Description

电子系统中对带有不同接口的 小型电子电路卡的使用
技术领域
本发明一般地涉及带有不同机械和/或电子接口的可移动电子电路卡的使用及结构，并且更具体地，本发明涉及根据相关的多媒体卡(“MMC”)和安全数字(“SD”)存储器卡接口的非易失性存储器卡的使用，以及具有根据国际标准组织(“ISO”)和国际电工委员会(“IEC”)的一种标准，例如ISO/IEC7816标准的接口的卡的使用。
背景技术
在由加州Cupertino的多媒体卡协会(“MMCA”)不时地更新和公布的“多媒体卡系统规范”中给出对于MMC的物理和电气规范要求。日期分别为1999年6月和2000年1月的该规范的2.11和2.2版本特地收录在此作为本文的参考文献。目前可以从本申请的受让人、加州Sunnyoale的SanDisk公司买到单个卡具有高达64兆字节的各种存储量的MMC产品。SanDisk公司于2000年4月公布的“多媒体卡产品手册”(版本2)中说明了这些产品，该手册特地收录在此作为本文的参考文献。MMC产品的电气操作的某些方面还在转让给SanDisk公司的皆于1998年11月4日由N.Toombs和Micky Holtzman提出的序号为09/185,649和09/186,064的待审专利申请中说明。在转让给SanDisk公司的美国6,040,622号专利中说明了卡的物理结构以及一种制造它的方法。这些申请以及该专利也特地收录在此作为本文的参考文献。
较新的SD卡类似于MMC卡，二者尺寸相同但SD卡厚度增加以容纳一块附加的存储器芯片。它们之间的主要区别在于，SD卡含有附加的数据接点组以便能在卡和主机之间更快地传送数据。SD卡的其它接点和MMC卡的接点相同，以便使设计成接受SD卡的插口也接受MMC卡。SD卡的电气接口还基本上做成向后和前面引用的该规范的2.11版本中所说明的MMC产品兼容，以便为了容纳这二种类型的卡只需要对主机操作做出很少的改变。
根据ISO/IEC7816标准做成的卡与MMC卡以及SD卡形状不同，表面接点位于不同位置并且电气接口不同。ISO/IEC 7816标准具有“识别卡-带有接点的集成电路(组)卡”的概括标题并且由分别带有从1994年到2000年的日期的1-10部分组成。可以从端士日内瓦的ISO/IEC得到其拷贝的该标准特地收录在此作为本文的参考文献。ISO/IEC 7816卡尤其在必须安全地存储数据从而在未经授权情况下极难或者不可能读出该数据的应用中是有用的。
小型ISO/IEC 7816卡的一种通常使用是在电子系统中防止盗窃和/或未授权使用，在这种情况下该卡存储对用户或者对电子系统专用的安全代码。例如，安装在车辆中的无线电设备是一种类型的电子系统，其中要使该设备工作时需要输入对该无线电设备专用的安全代码。在一种方案中，该无线电设备内设置一个电路，当断开电池时其使该无线电设备不能工作的。从而，为了再次使该无线电设备工作需要输入唯一的安全代码。一种提供该安全代码的方法是把它存储在小型ISO/IEC 7816卡上并且在该无线电设备上设置一个其中可插入该卡的卡槽。在该无线电设备中安装从该卡中读出代码的电路，该电路把该代码和该特定无线电设备的唯一代码进行比较，如果这二个代码匹配，则在再次连接电池后再次使该无线电设备能够运行。
发明内容
主电子系统的单个卡插座可以和一个或者多个遵照现有的一二种或更多种不同卡标准的可移动的插入卡交互作用，其中这些不同的卡标准由于卡的物理形状、外部接点的排列以及电信号接口的不同而彼此不兼容。例如，一些数据，如唯一安全代码可以由遵照最适用于处理这种数据的ISO/IEC 7816的系统读出，而其它数据，如用户数据或操作程序可以由遵照为此目的设计的MMC或SD卡标准的系统读出。但是，本发明不受使用任何特殊的卡标准或者遵照现有卡标准存储的数据类型的限制。
在一具体实施例中，一种类型的卡的物理标准改变成和另一种类型的卡的物理标准一致，并且接着把每种类型的卡分别形成在一个具有其他类型卡的物理特征的组件中。例如，把遵照ISO/IEC 7816标准的卡在物理上改变成具有由相关的MMC或SD卡标准所规定的相同的形状以及相同的引脚位置，使该电子系统的插座符合该卡标准。从而该电子系统的单个插座可接受二种或更多种的卡。
在另一具体实施例中，在具有二个或更多卡标准中之一的物理尺寸和电气接点位置的单个卡上组合遵照这些卡标准的功能。例如，可以把遵照相关的MMC或SD卡标准的卡修改成包含着遵照ISO/IEC7816标准的卡的电路，并且二个或更多不同标准的电气功能共享一组共用的卡接点。
这些实施例有许多应用。例如，在车辆无线电设备中，一个卡插座适应于接受含有安全代码的卡和接受含有音乐数据的存储器卡，当通过正确的安全代码启动后可以通过该车辆的音频系统再现该音乐。在另一个例子中，便携式电子设备，例如手持计算机、个人组织器、蜂窝电话等，具有一个卡插槽，该卡插槽接受含有应用程序的不时改变的一部分的卡或者含有供一应用程序使用的数据的卡，此外该卡插槽还接受一块含有能使该设备中的该应用程序操作的安全代码的卡。在另一个例子中，GPS接收器卡插槽接受一块含有用户安全代码的卡以便启动该接收器的操作，以及接受含有该接收器操作中使用的数据的卡，以便确定位置等等。在每种情况中，可以在同一卡上交替地含有应用数据和安全代码。
在这些应用中，当使用独立的卡时，可以把安全代码存储在一块容量低且相对便宜的存储器卡上，该设备的拥有人通常应在一个可靠场所与该电子设备分开地保存该卡。然后使用类型相同但存储量更大的一块或多块不同的存储器卡存储相关联的数据。该电子设备内的电路在读插在槽中的卡时区分安全代码和关联数据并且相应地使用该数据。
附图说明
从下面将结合各附图的说明，本发明的其它特征和优点会变得清楚。
图1示出安装在车辆的操纵板中的一个无线电设备，以作为应用本发明的电子设备的一个例子；
图2是图1的车辆无线电设备中使用的当被盗时使该无线电设备不能运行的安全系统的示意图；
图3是图1的车辆无线电设备的改进型安全系统的示意图，其中该无线电设备还接收数字音频数据用于通过该设备再现；
图4是作为使用具有不同接口标准的卡的系统的一部分的卡接口的示意图；
图5示出当图4的卡为遵照MMC或SD卡接口标准的闪速存储器卡时该卡的引脚连接；
图6示出图4的卡为遵照ISO/IEC 7816接口标准时该卡的引脚连接；
图7是含有MMC或SD卡标准的功能并且含有ISO/IEC 7816标准的功能的单块卡的方框图；以及
图8示出图7的组合卡的使用。
具体实施方式
为了示出上面概述的本发明的一种具体应用，下面给出汽车无线电设备例子的细节。图1示出安装在机动车，例如客车的操纵板13中的无线电设备11。该无线电设备内的音频放大器驱动也安装在该车中的二个或更多的扬声器15和17。该无线电设备内的调谐器向该放大器提供来自无线电台的信号。该无线电设备中还可以包括音频盒带和/或光盘播放机以作为用于该放大器以及扬声器的其它音频信号源。
无线电设备11具有常用的齐全控制和显示。另外，在无线电设备的正面上包括一个容纳标准非易失性存储器卡的插槽19。示出了二个这样的卡21和23。插槽19内含有模式和这种存储器的接点相同的电气接点，从而一旦把卡全部插入到该插槽中就建立起该无线电设备和该存储器卡的内容之间的电连接。当从该插槽中取出该卡时，这种连接断开。
一种类型的适应于用作为卡21和23的存储器卡是市面上可买到的MCC卡。可以替代地使用是更新的相关的SD卡。备选地，可以使用较大的小型闪存卡。这些卡产品的每一种都包括一个半导体闪速EEPROM系统并且由数个厂家制造，其中包括作为本申请的受让人的位于加州Sunnyvale的SanDisk公司。可以替代地采用其它类型的非易失存储器卡。在插槽19中设置的机械和电气接口做成和所选类型卡的要求相符。
图2中示出利用一个这样的卡25存储安全代码。当把卡25插入到无线电设备的插槽19中时，插槽19内的各接点和卡25上的电气端子连接。无线电设备11内的安全电路27接着从该卡接收代码数据并且把该代码和一个内部存储的对具体无线电设备为唯一的代码比较。该内部代码可以存储在少量的非易失性存储器，例如只读存储器(ROM)中，其作为该无线电设备电路的一部分。如果发现这些代码是相同的，接着安全电路27启动该无线电设备的剩余部分31，其中包括驱动扬声器15和17的音频放大器、调幅和调频无线电调谐器以及光盘和/或磁带放音装置的运行。一旦启动该无线电设备，则从插槽19中取出卡25。
图3中示出利用该卡设施输入除安全代码之处的音频数据，例如音乐。添加一个用于和插入到插槽19内的卡直接电气连接的卡接口电路33。该接口电路33把插入卡的各个端子和安全电路27以及无线电部分31′两者连接，后二者中的每一个判定插入的卡是否含有用于它的数据。例如，卡35含有由安全电路27使用的唯一安全代码，而卡37含有由无线电部分31′使用的音频数据。当把卡35插入到插槽19中时，安全电路27接着如上面参照图2说明那样操作。如果把卡37插入到插槽19中，无线电部分31′接收存储数据并且通过扬声器15和17播放音频内容。无线电部分31′包括用于将来自卡37的数字音频数据转换成接着由该无线电部分31′内的放大器放大的音频信号的电路。
存储器卡37上存储的音频数据通常大多数是音乐，并且实际上为了在单块卡上存储尽可能多的音乐，是以压缩形式进行存储，例如通过采用常见的MP3压缩算法存储。当被压缩时，该卡接口电路33还包括用来解压缩数字音频数据的信号处理器。无线电设备11中可以包括多于一个的用来接收多个各自含有音乐数据文件的存储器卡的插槽，以便在不必重复或不必更换卡的情况下进一步延长音乐的播放时间。
音频数据卡37是也可以包含在无线电设备11中的光盘及磁带放音装置的一种替代。它的使用提供一种向汽车无线电设备11传送音乐的方便方法。例如，通过用户从因特网下载数据或者从光盘或别的源转录，可以把数字音乐数据存储到卡37上。可以同时使用多个这样的卡，其中每个卡含有不同的音乐。可以通过擦掉它的数据并且在上面重写新数据反复地使用每个音频数据卡。该音频数据卡最好具有可存储通常由光盘提供的音乐量的容量。例如，当把数据压缩到原始源数据量的10％时，可在具有64兆字节容量的一块卡上存储大约一小时长的音乐。但是，含有安全代码的卡35只需要具有非常小的容量，例如只有一千或几千字节。这样安全代码卡就可以是非常便宜的。
除汽车无线电设备之外的各种电子设备也可以带有具有这二种职能的存储器卡插槽。在这样的其它设备中也包括与卡接口电路块33相似的部分以便和安全代码数据以及和由该电子设备使用的关联内容数据接口，以便由该安全代码启动完成某种功能。该安全代码被应用到安全电路，且该关联数据被应用到该电子设备的一个部分上，该部分执行通过接收正确安全代码而启动的功能或操作。
参照图4更详细地说明一个出于种种理由中的任何理由和遵循二种不同标准的卡接口的系统。物理上，卡51具有带有表面电气接点1-7的MMC卡的物理形式。可以替代使用在平面图中尺寸相同并具有相同接点1-7和附加的表面接点8、9的SD卡。在这二种情况的任一种中，插座53包括用于只接受MMC卡的配合接点1-7，并且任选地具有附加接点8、9以便能和MMC卡或者SD卡一起运行。电路55和57应用遵照所接受的二种不同卡标准的不同卡中的唯一电气内容。一种这样的卡是不必修改的MMC卡或SD卡，如图5中所示。另一种这样的卡是物理形状以及各接点位置与MMC卡或和SD卡相同的但几乎所有其它方面遵循ISO/IEC 7816标准的卡，如图6中所示。应用电路55和57可以分别专用于和一种卡类型运行，或者替代地可以通过单个微处理器或微控制器电路实现。
如图5中所示，MMC卡和SD卡包括闪速存储器59和存储器控制器61。图中还示出遵照MMC卡标准和SD卡标准的由外部卡接点传送给控制器件61的电信号，这些电信号如下：
MMC/SD
接点编号     MMC信号             SD卡信号
1             当在SPI方式下运行    数据线(DAT3)
              时的片选(CS)
2             命令/响应(CMD)       命令/响应(CMD)
3             低压电源(GND)        低压电源(GND)
4             高压电源(VDD)        高压电源(VDD)
5             时钟(CLK)            时钟(CLK)
6             低压电源(GND)        低压电源(GND)
7             数据线(DAT)          数据线(DAT0)
8             ……                                  数据线(DAT1)
9             ……                                  数据线(DAT2)
对于MMC卡，在与7号接点连接的单根信号线上串行地传输卡和主机之间的数据，而四条数据线分别连接到SD卡的1、7、8和9号接点上。但是，为了与为MMC卡设计的系统或者在不需要高数据传输率的其他场合下兼容，SD卡也能在和它的7号接点连接的单条数据线上运行。和每个卡的2号接点连接的一条信号线传送来自主机的操作命令并且把卡的响应(状态)回送给主机。主机向每种卡的5号接点提供时钟信号，但各种卡的时钟频率可能不同。剩余的3、4和6号接点接收来自主机的运行电压。
如图6所示，遵照ISO/IEC 7816标准的卡具有不同模式的表面接点，该接点中的一些执行与MMC或SD卡不同的功能。该ISO/IEC7816卡遵照MMC或SD卡标准被再包装，包括使用与ISO/IEC 7816标准接点连接的外部接点的MC或SD卡模式，这些接点如下所述：MMC/SD             ISO/IEC 7816            ISO/IEC 7816信号接点编号           接点编号1                  C2                      复位(RST)2                  C7                      输入输出(I/O)3                  C5                      低压电源(GND)4                  C1                      高压电源(Vcc)5                  C3                      时钟(CLK)6                  C5                      低压电源(GND)7                  ……                                        ……8                  ……                                        ……9                  ……                                        ……
请注意，图6中根据ISO/IEC 7816标准高、低压电源接点C1、C5以及时钟信号C3连接到相同的MMC或SD卡外部接点3、4、5和6，因为它们用于图5的闪速存储器。ISO/IEC 7816标准是修改的，从而含有图6的ISO/IEC 7816标准卡的卡51插入图4的插座53会提供适当的按照ISO/IEC 7816标准的电源和时钟。在所示出的布局中，图6中的卡只读，从而没有编程电压与ISO/IEC 7816标准的接点C6连接。当然，图6中的接点C1-C8实际上不必在卡51的格式内形成，而是把由这些接点号标识的信号直接从操作电路连接到卡51的各外部接点上。
如图6中所示，ISO/IEC 7816标准的可操作的复位和输入/输入信号接点C2和C7分别和MMC或SD卡的接点1和2连接。这些卡接点以及时钟信号卡接点5通过图4的开关逻辑电路63与应用电路55连接。类似地，图5中的卡的片选、命令/响应、时钟和数据接点1、2、5和7通过开关逻辑电路65(图4)与应用电路57连接。每个应用电路55和57提供它自己的时钟信号，从而它们的图6和图5中的卡可以分别在不同的时钟频率下运行。当然，如果图5和6中的卡可以最佳地在相同的时钟频率下运行，则卡接点5和一个公共的时钟源连接而不经过逻辑电路63和65。当应用电路55或57识别插入到插座中的卡是该电路设计成操作的那种卡时，该电路使开关逻辑电路63或65中的适当的一个通过插座53的各接点和它连接。插座53的电源接点3、4和6与适当的VDD和VSS(GND)源连接。
当作为许多可能应用中的一种把图4的电路用于提供内容应用的安全控制时，应用电路55按照ISO/IEC 7826标准(图6)从插入插座53中的卡读出安全代码。该读出的安全代码接着和作为应用电路55一部分的一个存储的代码比较。如果该比较结果是肯定的，则利用来自根据MMC或SD卡标准(图5)的非易失性存储器卡的数据启动应用电路57的操作。压缩的数字音频在由电路57应用的MMC或SD卡内容的多种选择之内。参照图1-3说明的实施例是图4-5的电路的这种具体应用的一个例子。
作为一种对使用遵照二种不同标准的单独卡的替代，可以如图7中所示那样的把图5和6的卡的功能组合成单个的遵照MMC或SD卡标准的物理结构中。非易失性存储器控制器61′和遵照ISO/IEC7816标准的电路62′被连接到与上面所说明的接点相同的图7的卡的外部接点1-7，其中的区别是二者都永久地和单块卡的这些接点连接。它的优点是用户不需要使用二个或更多的卡以便具有遵照二种或更多的不同卡标准的卡的能力。如图8示出的系统可以访问插入到插座53′中时的图7的二种标准卡的各个部分。电路55′使用电气上和功能上满足ISO/IEC 7816标准条款的部分62′，同时电路57′使用存储在非易失存储器59′中的数据。这例如可以应用于通过ISO/IEC 7816标准提供安全代码并且通过MMC或SD卡提供压缩的音频数据，以便利用单块卡实现上面参照图1-3说明的各种技术。可以替代地通过一台主计算机、通过一个专用于该用途的微型计算机或者通过适合该特定应用的其它设备来完成应用电路55′和57′的功能。
尽管已经参照一具体实施例说明了本发明，但应理解，本发明受到其权利要求所限定的全部范围的保护。

Claims (24)

1.一种可移动地插入到插座中的电子卡，所述插座和该卡的各接点电接触，其中该卡的物理形状以及各接点的排列符合已公布的第一卡标准，同时通过这些接点的一个电气接口符合已公布的第二卡标准，该第一和第二卡标准规定不兼容的卡物理形状、接点排列以及电信号接口。
2.依据权利要求1的卡，其中第一卡标准是MMC或SD卡的标准，而第二卡标准是ISO/IEC 7816标准。
3.依据权利要求2的卡，其中该卡在其所述各接点处省略遵照该第一卡标准的电信号接口。
4.依据权利要求3的卡，其中在该卡中以可以通过遵照该第二卡标准的电气接口的各卡接点进行访问的方式存储安全代码的数据。
5.依据权利要求2的卡，其中该卡还在其所述各接点处包含遵照该第一卡标准的电信号接口。
6.依据权利要求5的卡，其中该卡包括存储在其中的能通过遵照该第二卡标准的电气接口的各卡接点访问的安全代码数据，并且还包括存储在其中的并能通过遵照该第一卡标准的电气接口的各卡接点访问的内容数据，其中该安全代码适应于用来启动该内容数据的应用。
7.一种使用可移动数据存储卡的方法，包括：
提供具有遵照已公布的第一卡标准的物理形状、电气接点排列以及通过这些接点的电气接口的第一卡；
提供具有遵照该第一卡标准的物理形状和电气接点排列的并且具有通过遵照已公布的第二卡标准的各接点的电气接口的第二卡，其中该第一和该第二卡标准规定不兼容的卡物理形状、接点排列和电信号接口；
把该第一和第二卡插入到至少一个插座中，该插座遵照该第一卡标准的电气接点排列电气地啮合它们的各接点；
通过一个电气上和该插座连接的系统读出该第一和第二卡中存储的数据；以及
通过该系统以合作方式应用从该第一和第二卡读出的数据。
8.依据权利要求7的方法，其中该第二卡中存储的数据是由该系统用来启动从该第一卡读出的数据的应用的安全代码。
9.依据权利要求7或8的方法，其中该第一卡标准是MMC卡或SD卡标准，并且该第二卡标准是ISO/IEC 7816标准。
10.一种用来操纵电子设备的方法，包括：
通过把其上存储着安全代码的第一非易失性存储器卡插入到该设备的插座中对该电子设备输入安全代码；
比较该输入的安全代码和在该设备中以非易失性方式存储的安全代码，并且，若这些安全代码相配，则启动该电子设备的操作；
在从该第一卡输入该安全代码后，从该插座中取出所述第一卡；
此后，通过把其上存储着该电子设备在操作中使用的数据的第二非易失性存储器插入到所述插座中向该电子设备输入该数据；以及
此后，通过使用所述数据操作该已启动的电子设备。
11.依据权利要求10的方法，其中该输入到所述电子设备的数据包括由该设备使用的用来产生声音的音频数据。
12.依据权利要求11的方法，其中所产生的声音包括音乐。
13.依据权利要求11的方法，其中该电子设备包括车辆中安装的音响系统。
14.依据权利要求10的方法，其中该电子设备包括全球定位系统，并且对该电子设备输入的数据包括全球定位数据。
15.依据权利要求10的方法，其中该电子设备包括便携式电子设备，并且对该电子设备输入的数据包括用于至少部分地操作该设备的程序。
16.一种电子设备，包括：
至少一个插座，在其中可移动地插入具有已公布的第一卡标准的形状和接点排列的第一电子卡以建立该卡的各接点与该设备之间的电气连接，但是其中不能可操作地插入具有已公布的第二卡标准的形状和接点排列的第二电子卡以产生所述连接；以及
其中该第一存储器卡包括遵照该第二卡标准的并且和该第一卡标准的电子功能和电气接口不同的电子功能和电气接口。
17.依据权利要求16的设备，其中该第一卡标准是MMC或SD卡标准，同时该第二卡标准是ISO/IEC 7816标准。
18.依据权利要求17的设备，其中该第一卡省略遵照该第一卡标准的在所述各接点处的电信号接口。
19.依据权利要求18的设备，其中在该第一卡中以可由该设备通过遵照该第二卡标准的电气接口的该第一卡的各接点访问的方式存储安全代码数据。
20.依据权利要求17的设备，其中第一卡还包括在其所述各接点处的遵照该第一卡标准的电信号接口。
21.依据权利要求20的设备，其中该第一卡包括存储在其中的并且可由该设备通过遵照该第二卡标准的电气接口的第一卡的各接点访问的安全代码数据，并且还包括存储在其中的并且可通过遵照该第一卡标准的电气接口的第一卡的各接点访问的内容数据，其中该安全代码适应于用来启动该内容数据的应用。
22.一种电子设备，包括：
一个至少实现一种指定功能的电子系统；
一个存储的安全代码；
至少一个插座，该插座中可移动地插入至少一种类型的非易失性存储器卡；
一个与所述至少一个插座连接的电路，该电路用于接收来自插入到所述至少一个插座中的存储器卡的安全代码并且用于当所接收的安全代码与所存储的安全代码匹配时启动该电子系统以实现所述至少一种指定功能；以及
另一个与所述至少一个插座连接的电路，该另一个电路用于接收来自插入到所述至少一个插座中的存储器卡的数据并且用于把该数据提供给该电子系统以用于实现所述至少一种指定功能。
23.依据权利22的电子设备，还包括所述至少一种类型的第一和第二存储器卡，所述第一卡包含有安全代码并且所述第二卡包含有该数据。
24.一种音响设备，包括：
至少第一和第二存储器卡，它们各具有给定的物理格式，以及能从其上读出存储在卡中的数据的各电气接点的给定模式；以及
一个安装在车辆内的音频单元，该音频单元包括：
   一个音频放大器；
   一个插槽，该插槽一次接受一个存储器卡的插入并和该插入的
存储器卡的各电气接点的给定模式相接触；
   一个响应该无线电设备的专用安全代码启动该音频单元的操
作的安全电路；以及
   一个和该插槽连接的卡接口电路，用于根据插入到该插槽内的
卡上所包含的数据把安全代码提给该安全电路和把音频数据提供
给该音频放大器；
所述第一存储器卡包含该安全电路所响应的安全代码数据，所述第二存储器卡包含该音频放大器所响应的音频数据，以便根据该音频数据再现声音。
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