CN1910599A - 具有模块间直接存储器访问的多模块电路卡 - Google Patents

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Abstract

一种抽取式电子电路卡(33)，其具有多个模块，例如具有非易失性大容量存储存储器的存储器模块和单独的输入输出(37a)模块，其中当所述卡插入于主机系统(31)中时，可以一直接存储器访问(DMA)类型的传送在第一模块与另一模块之间直接地来回进行数据传送，而无需通过所述主机系统来传递数据。在此种直接用卡进行的数据传送期间，一旦所述主机发布DMA命令，除了所述主机供应电力且可能供应时钟信号和其它类似支持外，所述数据传送独立于所述主机系统而完成。用于传送的数据可通过无线或电连接方法的任一者而在输入输出模块与外部装置之间传输。

Description

具有模块间直接存储器访问的多模块电路卡
技术领域
本发明大体上涉及抽取式电子电路卡的使用和结构，且更明确地说，涉及具有非易失性存储器模块和输入输出(“I/O”)模块的卡。
背景技术
正变得普及的各种市售非易失性存储卡非常小且具有不同的机械和/或电接口。实例包含可从美国加州桑尼维尔(Sunnyvale，California)的SanDisk公司(本发明的受让人)购买到的相关的多媒体卡(“MMC”)和安全数字(“SD”)存储卡。存在符合国际标准化组织(“ISO”)和国际电工委员会(“IEC”)的标准(正广泛实施的一个实例称为ISO/IEC7816标准)的其它卡。
由美国加州库珀蒂诺(Cupertino)的多媒体卡协会(“MMCA”)更新并每隔一段时间公布的“多媒体卡系统规格”(“The MultiMediaCard System Specification”)中给出了MMC的实体和电规格。此规格的2.11版和2.2版(日期分别为1999年6月和2000年1月)以引用的方式明确地并入本文中。当前可从SanDisk公司购买到在单张卡中具有达到64兆字节的不同存储容量的MMC产品，且在不久的将来预期可购买到128兆字节容量的MMC产品。SanDisk公司公布的日期为2000年4月的“多媒体卡产品手册”(“MultiMediaCard Product Manual”)修订版2中描述了这些产品，所述手册以引用的方式明确地并入本文中。Thomas N.Toombs和Micky Holtzman的均在1998年11月4日申请并让渡给SanDisk公司的同在申请中的专利申请案序号第09/185,649号和第09/186,064号中也描述了MMC产品的电操作的某些方面。让渡给SanDisk公司的美国专利第6,040,622号中描述了实体卡结构及其制造方法。这些申请案和专利均以引用的方式明确地并入本文中。
较新的SD卡与MMC卡相似，其除了因容纳附加的存储芯片而增大了厚度外与MMC卡具有相同的尺寸。它们之间的主要差异在于，SD卡包含附加的数据接点，以便能够在卡与主机之间进行更快速的数据传送。SD卡的其它接点与MMC卡的接点相同，以便使经设计以接受SD卡的插口也将接受MMC卡。此外，使SD卡的电接口在很大程度上与上文所引用的MMC产品的规格2.11版中所描述的MMC产品反向兼容，以便仅需要对主机操作进行极少数变化即可适应两种类型的卡。2000年8月17日申请的美国专利申请案序号第09/641,023号中描述了SD卡的某些方面，所述申请案以引用的方式并入本文中。
根据ISO/EEC 7816标准而制造的卡具有不同的形状，其具有在不同位置中的表面接点和与MMC卡和SD卡不同的电接口。ISO/EEC 7816标准具有总标题为“识别卡-具有接点的集成电路卡”，且由具有自1994年至2000年的个别日期的1至10部分组成。此标准的副本可自瑞士日内瓦的ISO/IEC获得，此标准以引用的方式明确地并入本文中。ISO/IEC 7816卡在必须以安全的方式存储数据以使得非常难以或不可能以未授权的方式读取数据的应用中尤其有用。较小的ISO/EEC 7816卡通常尤其用于移动电话应用中。
当前，通过与存储卡连接的主机而在存储卡与某一外部装置之间传送数据。并不是与此种存储卡合用的所有主机系统均尤其适于以快速、有效且便利的方式传送某些类型的数据或大量数据。
发明内容
因此，简要且概括地说，本发明利用一种抽取式电子电路卡，其具有带有非易失性大容量存储存储器的存储器模块和单独的输入输出模块，从而当所述卡插入于主机系统中时，可以直接存储器访问(DMA)类型的传送在输入输出模块与大容量存储存储器之间直接地来回进行数据传送，而无需通过所述主机系统来传递数据。在此种直接用卡进行的数据传送期间，一旦主机发布DMA命令，除了由主机供应电力且可能供应时钟信号和其它类似支持外，所述数据传送独立于主机系统而完成。存储卡的控制器结构经修改从而也可充当存储器模块与输入输出模块之间的此种DMA传送的控制器。用于传送的数据可通过无线或电连接方法的任一者而在输入输出模块与外部装置之间传输。例如，输入输出模块可具有天线或其它类型的收发器。
在单张卡中的输入输出模块与存储器模块之间引入DMA机制具有许多优点。由于主机仅起始数据传送，其可在最小程度上涉入实际的数据传送，因此在输入输出模块和存储器模块互相之间传送数据的同时，主机可处理其它任务。并且，因为在数据传送期间总线可能闲置，所以减少了功率消耗。另外，DMA机制需要的命令和响应交易较少，且因此数据传送变得比以传统方式进行的数据传送更为快速。
在第一组实施例中，存储器模块和输入输出模块各自具有其自身的控制器，用来通过卡的总线而个别地与主机通信。在此情况下，DMA传送可使用此总线，且主机供应时钟信号。在第二组实施例中，为所述两个模块使用单个控制器，且DMA传送使用与控制器所使用的总线不同的路径来与主机之间来回进行数据和命令的传送。
替代实施例将DMA过程从DMA过程发生于存储器模块与输入输出模块之间的情况扩展为更一般的模块与模块之间的DMA过程。特定实例包含两个输入输出模块之间的DMA过程和两个存储器模块之间的DMA过程，第一种情况在SD卡环境的背景下给出，且第二种情况在USB大容量存储装置的背景下给出。
结合附图，从以下描述中将容易了解本发明的其他细节、特征和优点。
附图说明
图1说明利用非易失性存储器模块和输入输出模块的组合卡的系统。
图2显示示范性卡和用于插卡的系统插口的插脚分配；
图3是图1和图2的卡的第一实施例的操作的方框图；
图4是图3的卡的更详细的电子方框图；
图5是图1和图2的卡的第二实施例的操作的方框图；
图6是图5的卡的更详细的电子方框图；
图7是描述本发明的DMA操作的流程图；
图8是显示示范性命令结构的表；
图9是具有两个输入输出功能的卡的盒形图；且
图10显示USB大容量存储装置实施例。
具体实施方式
参看图1，说明主机电子系统31包含插口33，用户可将一种或一种以上类型的市售抽取式电子电路卡(例如，上文背景技术中所概述的存储卡)插入于插口33中并从插口33中抽取。插口33可内置于主机31中，或实体地分离并通过电缆或无线缆(cableless)方式连接。主机31可为台式或笔记本形式的个人计算机，其包含接收此种卡的插口33。含有此种卡插口的主机系统的其它实例包含各种便携式电子装置，例如手提计算机、个人备忘记事本(personal organizer)、其它个人数字助理(“PDA”)、移动电话、音乐播放器和类似物。另外，自动无线电和全球定位系统(“GPS”)接收机也可具有此种存储卡插口。本发明的改进之处适用于包含存储卡插口的多种主机系统。
在本文所描述的实例中描述了SD卡，但应了解本发明不限于任何特定类型的抽取式电子电路卡的实施。图2中显示了SD卡35和匹配的插口33的实体配置。所述SD卡为矩形形状，其具有24毫米×32毫米的尺寸，厚度为2.1毫米，且沿着卡的较长侧的窄轨道(图2中未显示)为1.4毫米厚。本发明可以具有多种尺寸中的一种尺寸的卡来实施，但在很大程度上适用于长度小于50毫米、宽度小于40毫米且厚度小于3毫米的卡。
SD卡35含有九个表面电接点10至18。接点13、14和16在插入于主机系统插口33中时连接到电源(VSS、VDD和VSS2)。卡接点15从主机接收时钟信号(CLK)。接点12从主机接收命令(CMD)并将响应和状态信号发送回主机。其余的接点10、11、17和18(分别为DAT 2、DAT 3、DAT 0和DAT 1)并行地接收数据以便存储于其非易失性存储器中，并并行地将数据从存储器发送到主机。较少数目的数据接点是可选择使用的，例如单个数据接点17。主机与卡之间的数据传送的最大速率受到所使用的并行数据路径的数目限制。上文背景技术中所描述的MMC卡具有类似的接点布局和接口，但省略了数据插脚10和18，且不使用接点11(其提供作为备用件)。MMC卡具有与SD卡相同的尺寸且操作与SD卡类似，不同之处在于MMC卡仅1.4毫米厚且具有单个数据接点17。卡37的接点通过插口33的个别插脚20至28而连接至其主机系统。2001年8月2日申请的美国专利申请案第09/924,185号中描述了与本发明兼容的存储卡的其它扩展形式，所述申请案以引用的方式并入本文中。
本发明基于抽取式电子电路卡(例如，卡35)，其经修改除了例如36所表示的存储器模块外还包含输入输出模块37。输入输出模块37通过通信路径41而直接与某一其它系统39通信。通信路径41可(例如通过使用红外线或射频信号)为无线的，或可包含有线连接。如果使用导线，那么卡35包含用来可抽取地接收附接到导线的插头的外部插口。如果为无线，那么使用射频通信时卡35内包含天线，或使用红外线通信时卡35内包含红外线发射器和检测器。射频数据通信的新兴标准已公布为蓝牙规格，Wilson和Kronz在Dr.Dobb’s Journal 2000年3月(第62页起)和2000年4月(第58页起)号中发表的标题为“Inside Bluetooth Part I”和“Inside Bluetooth Part II”两篇论文中对蓝牙规格进行了论述，所述论文以引用的方式并入本文中。其它无线方案包含基于802.11协议的方案，例如WiFi和超宽带(UWB)技术。通过通信路径41进行的数据传送通常将在两个方向上进行，但对于特定应用当然可限于一个方向或另一方向。
在一些应用中，入射信号41可能不是明显地由外部系统39发起。例如，输入输出模块37可含有集成于卡中的光电传感器或透镜以便充当相机模块。在此情况下，信号41将为入射辐射，且卡将形成独立的单元并将无需通过电缆或天线与除了主机外的任何实体互动。
在示范性实施例中，包含输入输出模块37的组合卡35基于如背景技术中所描述的SD存储卡并与其兼容。此兼容性包含机械、电、功率、信令和软件兼容。组合卡35的意图在于，提供用于移动电子装置的具有低功率消耗的高速数据I/O。主要目标在于，插入于非组合卡感知主机中的组合卡将不会导致装置或其软件的实体损坏或破坏。在此情况下，就应忽略组合卡。一旦插入于组合卡感知主机中，卡的检测将通过皆以引用的方式并入上文中的MMC规格的2.11版和美国专利申请案序号第09/641,023号中所描述的普通构件而进行，其具有某些扩展。在此状态下，组合卡将闲置并汲取少量功率(1秒钟平均15mA)。在随后主机对卡的正常初始化和询问期间，卡将自我识别为组合卡装置。主机软件接着将以元组(链接的列表)格式获得卡信息并确定卡的I/O功能是否可接受激活。此决定将基于例如功率要求或适当软件驱动器的可用性的参数。如果卡为可接受的，那么将允许对其完全上电(power up)并开始内置于其中的I/O功能。
在一个实施例中，I/O访问与存储器访问的不同之处在于，可个别且直接地写入并读取寄存器而无需FAT(档案访问表)档案结构或块的概念(但支持块访问)。这些寄存器允许访问I/O数据、控制I/O功能和报告状态或至/自主机传送I/O数据。SD存储器通常依赖于固定的块长度的概念，这些固定尺寸的块具有命令读取/写入多重情况。I/O可能具有或可能不具有固定的块长度，且读取尺寸可不同于写入尺寸。因此，I/O操作可基于长度(字节数)或块尺寸中的任一者。
欧洲专利申请案EP 0891047和国际专利公开案第WO 02/19266号中描述了允许通过卡插口而在外部通信系统与主机系统之间传送数据的系统。然而，这两个专利案均依赖于双卡结构，其中输入输出卡附接到另一卡，而所述另一卡又附接到卡插口。欧洲专利申请案EP 1 001 348描述一种含有数据通信特性的存储器型卡结构，但其存储能力和其它能力相当有限。
卡35中可包含众多输入输出功能中的一个或一个以上功能，从而形成单个IO模块37或具有若干模块。调制解调器是一个实例，其中通信系统39为电话系统。一般的数据传送功能同样具有高度的有用性，因为用户想要传送多种类型的数据。此包含音频和视频数据、大型数据库档案、游戏和各种其它计算机程序的传送。根据本发明的原理方面，此种数据在远端系统39与存储器模块36之间直接传送而无需经过主机系统31。此是直接存储器访问(“DMA”)的形式，且在传送较长的数据流时具有特殊优点。主机31无需使硬件或软件处理此种数据和通信功能。此完全由卡35执行。主机31在处理高速数据传送方面的局限、有限的内部存储容量或类似局限并不限制直接与存储器模块36进行数据传送。然而，主机31可向卡35提供电力和时钟信号。
尽管组合存储器和输入输出卡35的装配到卡插口33中的部分应符合适当的标准，例如针对示范性实施例中的MMC卡或SD卡的标准(均以引用的方式并入上文中的MMC规格的2.11版或美国专利申请案序号第09/641,023号中对此进行了描述)，但是对延伸于插口外的组合卡35的尺寸并不存在特殊限制，不过优选将其制造得尽量小且轻。尤其是，SD卡规格为此延伸留有余地。延伸的实际尺寸将通常由I/O模块37(一个或多个)的性质决定。例如，I/O模块37可含有光电传感器以允许卡35将相片存储于存储器模块中，此用途可能需要I/O模块37比先前实例中的某些实例具有更大的实体尺寸。
一般而言，在平面图中长度小于50毫米且宽度小于40毫米的延伸尺寸在与也小于此尺寸的可插入部分一起形成时是相当便利的。卡的较大外部部分的厚度可能需要制成大于标准的SD存储卡的厚度，以便容纳附加数目的集成电路芯片和/或射频通信的天线。但延伸的卡部分的厚度可制成小于6毫米，且通常小于4毫米。
组合卡35的示范性实施例提供两个单独的模块：一个存储器36和一个I/O 37，它们一起驻存在SD卡形成因子内。主机31能够分别通过存储卡协议和I/O协议来单独地访问两个模块中的每一者。图3和图5中显示两个示范性实施例的方框图。(图3和图5中，图1的卡插口33可被视作主机31的一部分。)
图3同样显示连接到组合卡35的主机31。在此实施例中，存储器模块(图1中的36)由存储器控制器101和存储器103组成，且IO模块(图1中为37)由IO控制器105和IO元件107组成。控制器101和105两者均连接到SD卡总线43，其中除其他特性外，SD卡总线43的宽度是可选择的，美国专利申请案序号第09/641,023号中对此进行了更充分的描述。IO元件107同样通过通信路径41与外部系统39(此处视作局域网(LAN))通信。如上所述，卡35上的单独模块(存储器和IO)可通过SD卡总线43而自主地与主机31通信。
首先，考虑以下情况：尽管存储器和IO模块是同一卡中的部分，但除了通过强烈的主机干涉外并不界定在所述两个模块之间传送数据的方法。在此情况下，对于在模块之间传送的每一位的数据而言，主机必须首先从源模块(存储器/IO)读取且接着将其写入目标模块(分别为IO/存储器)。此花费时间，导致汲取电流的SD卡总线活动，并使主机被占用。此也将需要主机具有足够的RAM存储器以便缓冲正传送的数据，而在一些应用中情况可能并非如此。主机可能具有相对有限的RAM容量，但所描述的DAM过程可用来将大量数据存储于存储器模块的大容量存储存储器中以供将来在主机中使用，而不需要数据经过主机。例如，可在主机处理其它正在运行的过程的同时将来自因特网的大型档案通过IO模块下载到存储器模块。
更明确地说，考虑以下情况：主机31可如何使用组合卡35来从LAN 39下载信息并将其存储于存储器103的大容量快闪存储器中，而不是在存储器模块与输入输出模块之间进行直接存储器访问(DMA)。此情形类似于当两个模块不并入于单张卡中时的情况。在此情况下，主机31将希望通过IO协议而从LAN 39下载并通过SD存储卡协议(此处为SD协议)而存储于非易失性存储器103中的每个位的信息必须直接由主机31进行处理。尤其对于例如音乐或视频内容的大量数据而言，此变得尤其低效。本发明的主要方面为在组合卡内的两个模块之间引入DMA机制，其显著地减少主机在这些操作中的涉入。
在SD卡或其它组合卡35中的IO模块与存储器模块之间引入DMA机制具有许多优点。由于主机31仅起始数据传送，其在实际的数据传送中进行最少的涉入，因此在IO模块和存储器模块互相之间传送数据的同时，主机可处理其它任务。并且，因为在数据传送期间SD总线43闲置，所以减少了功率消耗。另外，DMA机制需要的命令和响应交易较少，且因此数据传送变得比以传统方式进行的数据传送更为快速。
所提议的DMA机制的基本构想在于，使主机起始DMA数据传送，并在卡模块互相之间传送数据的同时等待DMA完成。提供SD组合卡设计的两个版本的示范性实施例。在参看图3和图4描述的且在此处称作“总线DMA”的第一版本中，两个模块的控制器之间具有最少的链接，且两者均接通到SD总线。在参看图5和图6描述的且在此处称作“内部DMA”的第二版本中，两个功能(存储器和IO)由一个控制器管理，所述控制器是卡侧直接与SD总线建立连接的唯一的实体。
图3是总线DMA实施例的方框图。卡内存在两个控制器101和105，每一控制器具有与SD总线43的接口。通过SD总线43在存储器103与IO 107之间传送数据。在此实施例中，主机供应时钟，但其不以另外的方式涉入数据传送。在此模式下，尽管可在SD单个总线模式、宽总线模式或SPI模式下支持DMA传送，但在DMA操作之前总线宽度以美国专利申请案序号第09/641,023号中更充分描述的方式优选地设定为1位。(由于SD卡使用DAT1(MMC规格的2.11版或美国专利申请案序号第09/641,023号中对此进行了描述)来在DMA传送完成时产生中断，且在宽总线模式下主机可能不跟踪总线交易来确定合法中断周期。)
在此实施例中，当从LAN 39将数据传送到存储器103中的非易失性大容量存储存储器时，数据首先通过通信路径41传送到IO107。之后，其通过SD总线43从IO控制器105传送到存储器控制器101，并接着继续传送到存储器103。当数据通过SD总线43进行传送时，主机也可在DMA传送期间访问此数据。此过程由虚线示意地表示。一旦主机指示卡执行传送，除了由主机提供时钟信号外，此过程独立于主机而执行。自存储器的传送以相应的相反方式执行。
参看图4，在方框图中以更详细的形式说明根据图3的经修改的SD卡35内的电子系统。存储器控制器101通过线104与一个或一个以上存储器单元103通信。控制器101包含微处理器106及其接口电路109。接口电路109进而与存储器111、SD总线/主机接口电路113和存储器接口电路115互连。存储器单元103包含连接到线104的控制器接口119和快闪存储器或非易失性大容量存储阵列121。控制器101和每一存储器单元103通常提供于附接到卡的印刷电路板并互连于卡的印刷电路板上的单独的集成电路芯片上，但趋势是如改进处理技术所允许而将更多的元件组合于单个芯片上。
由123示意表示的连接器通过总线43连接到接口113，所述连接器包含插入于卡插口33中的SD卡的表面接点(图1和图2)。控制器101控制存储器单元103与卡所连接的主机之间的命令和数据流。控制器101以大体上与其在当前SD卡中相同的方式来管理存储器单元103的操作及存储器单元103与主机的通信。
在IO模块中，IO控制器105通过线145与一个或一个以上IO单元107通信。IO控制器同样包含微处理器147及其接口电路149。接口电路149进而与存储器151、SD总线/主机接口电路153和电路155互连，电路155与输入输出单元107建立连接。同样，控制器105和每一IO单元107通常提供于附接到卡的印刷电路板并互连于卡的印刷电路板上的单独的集成电路芯片上，但趋势是如改进处理技术所允许而将更多的元件组合于单个芯片上。线145与控制器接口电路133连接，控制器接口电路133进而与处理器接口电路135连接。控制输入输出卡的操作的微处理器137和存储器139也与处理器接口135连接。其它实施在IO单元107中将不具有微处理器137，但将作为替代而具有某一专用逻辑加上由IO控制器105管理的一组寄存器。大体而言，不需要特定的DMA元件，因为存储器控制器101和I/O控制器105两者都将知晓DMA协议。最后，电路141进一步与处理器接口135连接以便在处理器与通过传输装置143发送和/或接收的信号或数据之间建立连接。如果使用有线通信，那么装置143是插头的插座。如果是使用射频的无线方式，那么装置143是天线。如果是使用红外线通信的无线方式，那么装置143包含红外线辐射信号的发射器和/或检测器。在任何情况下，微处理器137控制装置143与连接器131之间的数据传送。
参看图5和图6显示内部DMA。单个控制器101′在内部执行IO单元107与存储器单元103之间的数据传送。SD总线43在DMA传送期间可完全闲置，藉此减少功率消耗。因此，此为较有效的方法。主机在内部DMA操作期间可读取内部DMA操作中正传送的数据，在此情况下模块中的一者为数据源。为了实现此并行性，主机须支持宽总线模式中断，或在DMA操作之前将卡切换成单总线模式，因为卡在内部DMA操作完成时使用DAT1产生中断。(同样，总线模式细节请参阅美国专利申请案序号第09/641,023号。)
在内部DMA支持的实施例中，当从LAN 39将数据传送到存储器103中的非易失性大容量存储存储器时，数据同样首先通过通信路径41传送到IO 107。然而，现在其在不使用SD总线43的情况下直接通过控制器101′传送到存储器103。此过程由虚线示意地表示。一旦主机指示卡执行传送，SD总线43闲置(除非主机31也从IO模块读取)且此过程独立于主机而执行。从存储器103到LAN 39的传送以相应的相反方式执行。从控制器101′到主机31的突出显示的虚线显示内部DMA过程期间的可选数据读取。在相反过程期间的数据写入的情况下，此箭头也将指向另一方向。
图6以更详细的形式显示根据图5的经修改的SD卡35内的电子系统。信号控制器101′通过线104与一个或一个以上存储器单元103通信并通过线145与一个或一个以上IO单元107通信。存储器单元103和IO单元107与先前参看图4所描述的相同。控制器101′类似于图4的存储器控制器101，且同样包含微处理器106′及其接口电路109′，接口电路109′进而与存储器111′、SD总线/主机接口电路113′和存储器接口电路115′互连。控制器101′现也将包含电路117以便与输入输出卡建立连接。符号“′”用来表示图6的控制器101′中的元件可不同于图4中类似标号的元件，因为它们可能稍有不同：由于先前在图4的IO控制器105中处理的功能现在转移到组合控制器101′。
控制器101′、每一存储器单元103和每一IO单元107同样通常提供于附接到卡的印刷电路板并互连于卡的印刷电路板上的单独的集成电路芯片上，但趋势是如改进处理技术所允许而将更多的元件组合于单个芯片上。由123示意表示的连接器通过总线43连接到接口113，所述连接器包含插入于卡插口33中的SD卡的表面接点(图1和图2)。控制器101′控制存储器单元103和IO单元107与卡所连接的主机之间的命令和数据流。
通常，给定的卡将仅支持两种DMA方法中的一种。尽管图3和图4的实施例显示两个控制器，且图5和图6的实施例具有单个控制器，但实践中此区分可能稍许具有人为性，且各种功能可以各种方式分布于卡的不同芯片之间。当元件组合于单个芯片上时控制器之间的区分将变得更加是惯例的问题。总线DMA与内部DMA过程之间的原则性区别特征在于IO模块与大容量存储模块之间所使用的路径，即，在示范性实施例中，是否使用SD总线。
现将更详细地描述示范性SD卡实施例内的实施。为了使论述更加具体，参考“多媒体卡系统规格”2.11版和2.2版以及美国专利申请案序号第09/185,649、09/186,064和09/641,023号中更充分解释的各种命令、结构和寄存器，所述全部申请案以引用的方式并入上文中。
为了表示DMA支持，可将两个位分配给卡控制寄存器以便进行DMA方法确定。例如，那些位中的′00′值可意味着无DMA支持，′01′为总线DMA，且′10′为内部DMA。主机只需要读取这些位一次，并将其应用于与所述卡进行的所有后续DMA交易。
SD卡命令结构内，为DMA过程界定新的命令DMA_CMD。主机在期望调用DMA操作时将使用此命令。示范性命令结构为图8的表。表中第一行是专用于第二行中的每一项的位的数目，在此实例中所述项界定如下：
S(开始位)：开始位。始终为′0′。
D(方向)：方向。始终为′1′，表示从主机到卡的传送。
DMA方向：′1′意味着数据从IO传送到存储器，′0′意味着数据从存储器传送到IO。
IO功能数目：主机期望自/至存储器模块读取/写入的IO模块内的功能的数目。
OP码：将IO地址界定为′0′-固定地址，′1′-递增地址。
IO寄存器地址：IO寄存器进行读取或写入的开始地址。
块计数：待在DMA操作中传送的数据块的数目。
填充位：没有意义，始终为′0′。
CRC 7：命令循环冗余码校验(CRC)的7个位。
E(结束位)：结束位，始终为′1′。
在SD或MMC命令结构中，当卡处于传送状态并准备从主机获取数据交易命令时，命令为合法的，此后卡将以模式适当响应进行响应。
图7是描述本发明的DMA操作的的流程图。在步骤701中，主机读取卡控制寄存器中的DMA指定位来确定是否支持DMA方法和支持何种DMA方法。尽管卡可支持两种DMA模式，但优选实施例限于每张卡单个模式，因为此将简化说明和实施。在步骤703中，主机将DMA命令DMA_CMD发送给卡。此包含DMA方向(如果需要从存储器模块到IO功能进行传送，那么＝′0′，或如果反之，那么＝′1′)、为所需要的IO功能设定的IO功能数目、OP码(如果IO地址固定，那么＝′0′，或如果为递增的，那么＝′1′)、IO寄存器地址(经设定以反映开始IO寄存器地址)和块计数。块计数经设定以反映数据块的数目，在SD/MMC命令结构中其尺寸对于存储器而言通过CMD16而预先设定，且对于IO而言通过CMD52/53而预先设定。
在步骤705中，卡响应DMA_CMD。如果存在任何问题(例如，非法的命令)，那么流终止。在步骤707中，主机将读取/写入命令发送到存储器模块(SD/MMC命令结构中为CMD17/18或24/25)。根据DMA类型，主机确定在传送期间其需要向卡供应何种信号。例如，如果方法为总线DMA，那么主机继续将时钟信号供应到SD总线，否则，其可停止时钟。
接着，在步骤711中，两个模块互相之间传送数据，在步骤713中，卡指示过程完成。在SD卡的情况下，当DMA操作完成时，卡在DAT1线(断言为′0′)上产生中断。最后，在步骤715中，主机读取正常的存储器和IO状态(SD/MMC命令结构中为CMD13和CMD52)来确定完成状态。
在基于SD卡命令结构的总线DMA实施例中，两个模块之间的信号交换(handshake)(按照循环冗余码校验(CRC)、CRC响应和占用指示)与正常操作中主机与卡之间的信号交换相同。源模块在数据线上显示数据，接着是CRC16和结束位。目标模块以CRC响应和占用指示进行响应。所有的总线定时界定遵照常规的SD总线定时。
如上所述，尽管已在SD卡实施例的背景下描述本发明，但本发明扩展到任何组合存储器/IO卡。例如，本发明可扩展到使用内部档案系统的组合卡标准，例如容纳有智能卡控制器的卡。在此种系统中，可大大减少主机的涉入，因为主机可为整个档案指定DMA操作，而不必为档案的每一组块(例如，操作系统的磁盘簇或其它适当单元)起始DMA传送。
尽管至此为止论述已考虑组合存储器/输入输出卡的情况，但本发明扩展到具有其它多模块结构的卡。例如，如上所述，卡可具有沿着图6的线145而连接的若干存储器或IO模块。类似地，对于存储器模块/IO模块的情况，可在具有多个输入输出模块的卡上的不同输入输出模块之间执行DMA类型的传送。
作为此种卡的实例，考虑多功能IO卡包含相机功能和蓝牙或其它射频数据通信功能的情况。主机(例如，PDA)将期望通过相机来俘获视频并使用蓝牙将其传送到中心站。不管视频剪辑的长度如何(以毫微秒、微微秒或毫秒计)，所述过程均会花费较长的时间。那时，主机装置(PDA、P.C.手提式等)可能需要处理正在运行的其它处理，而不是严密地管理视频俘获和传输过程。在现有技术中，在此种系统配置中不存在其它用来在两个IO功能之间直接传送数据的方式。当寄存着具有多IO功能的IO卡(例如，PCMCIA、SDIO、SD Combo(康宝)、记忆棒IO)的装置期望在IO功能中的两个IO功能之间传送数据时，主机必须将来自源IO功能的数据读取到主机的内部RAM，并接着将其写入目标IO功能。此过程耗费时间、汲取电流的卡总线活动，并使主机被占用。
因此，本发明的另一方面将模块之间的DMA操作从至此所论述的存储器模块/输入输出模块实例扩展为更一般的模块与模块之间的过程，例如IO与IO之间的DMA过程。同之前一样，主机将确认有单张卡附接到系统，但实际的模块可能分布于一张以上的卡上，其中附加的卡将通过第一张卡而附接到主机并与主机通信。
考虑单张卡、两个输入输出模块的情况，图9是此种配置的盒形图。图9与图1相似，不同之处在于现在存在两个IO模块37a和37b，以及两个外部通信路径41a和41b。信号41a也可处于卡与第二LAN或通信系统(未图示)(例如39)之间，或为(例如)由成像功能接收到的入射光。虚线表示IO卡中的两个IO功能之间的DMA访问。
所述过程允许多IO功能卡在最少的主机干涉的情况下在两个IO功能之间执行直接存储器访问(DMA)操作，此是已描述的组合卡上的存储器模块与输入输出模块之间的过程的扩展。为了执行此种DMA操作，将新的主机命令(或命令序列)添加到命令集中。新的命令(所谓的IO-DMA命令)将界定DMA方向(源IO功能和目标IO功能)、待传送的块的数目、每一IO功能中的开始地址和特定的卡协议所规定的其它参数。在发布命令(或命令集)之后，卡进入“DMA模式”。
如上文分别参看图3和图4以及图5和图6所描述，在DMA模式中同样存在两种操作方式。在第一模式中，在数据在IO功能之间传送的同时，卡将数据显示于主机-卡总线上。此将为与图3类似的配置，只是第二I/O控制器和I/O单元代替了存储器控制器和存储器，不同之处在于替代于DMA传送的一个终点现在为存储器，其将沿着第二外部路径(图9中41b)被传输或接收。卡将通过断言中断信号来向主机指示DMA传送的END(结束)。
在第二模式中，卡内部地管理DMA传送。主机-卡总线保持完全闲置，卡不将DMA数据显示于总线上。卡内部地管理DMA传送。主机-卡总线可保持闲置，卡不将DMA数据显示于总线上。如果特定的卡协议分配一种“占用”指示的方法，那么其将在整个DMA交易中被以信号告知。当传送结束时，卡释放占用信号并断言中断信号。因为DMA传送期间不需要主机-卡总线活动，所以此方法比第一模式消耗更少的功率。此将为与图5类似的配置，只是第二I/O控制器和I/O单元代替了存储器控制器和存储器，不同之处在于替代于DMA传送的一个终点现在为存储器，其将沿着第二外部路径(图9中41b)被传输或接收。
这两个模式可使用许多拓扑，根据控制器的数目和这些控制器如何附接到主机-卡总线(示范性实施例的SD总线)而使用。输入输出单元可具有单个控制器，或每一模块可具有附接到主机-卡总线的其自身的控制器；当也包含存储器模块时，则许多附加的组合为可用的。例如，在具有多个IO单元的组合存储器/输入输出卡中，附加的I/O单元将类似地被建构到图4和图6中的单元107中并沿着线145而附接到控制器。更一般地，可能存在各种数目的独立模块，其将通过单个总线卡与主机通信，且在现有技术中，将需要通过主机而彼此通信，但根据本发明可通过DMA过程来彼此通信。Yosi Pinto等人的2003年12月9日申请的美国专利申请案“Efficient Connection Between Modules ofRemovable Electronic Circuit Cards”中更详细地描述了各种模块间控制信号，所述申请案以引用的方式并入本文中。
至此，论述使用了用SD总线结构与主机通信的SD卡的示范性实施例。作为具有模块间DMA能力的多模块结构的另一实例，考虑例如图4和图6中沿线104连接的多个存储器模块的情况。不是如上文描述基于SD的实施例，而是使用USB总线结构来描述存储器模块到存储器模块的DMA过程。与先前所描述的实施例相同，USB大容量存储装置可具有存储器模块的许多不同的配置，存储器模块嵌入于装置中或处于通过USB装置连接到USB总线的外部装置中。
在此实施例和先前实施例中，在现有技术下，总线结构使得主机每次可与一个模块通信，且一个模块可仅通过主机而将数据传送到另一模块。两个逻辑单元之间的档案复制将直接由主机完成，且使用(在示范性实施例中)逻辑单元所连接的USB或SD总线。主机将使用CPU将档案沿着总线从源模块复制到其RAM中，且接着将档案沿着总线从RAM传送到目的地模块，从而在每次传送期间占据总线的带宽的一部分。即使主机可将两个模块均确认为单个实体，如并入上文中的Yosi Pinto等人的2003年12月9日申请的标题为“Efficient Connection Between Modules of Removable Electronic CircuitCards”的美国专利申请案中所描述，现有技术仍将需要主机的以此方式的关注。根据本发明的原理方面，允许直接在不同的逻辑单元之间进行与DMA相似的操作，从而使得总线和主机无需进行现有技术中所需要的此种直接管理。
图10显示可支持多个逻辑单元的USB大容量存储装置，并表现许多可能的配置。主机31沿着USB总线803连接到USB大容量存储装置835，USB总线803也可继续延伸到其它装置。图中显示了许多存储器模块，其中存储器模块836a和836b嵌入于装置上且存储器模块853a和853b分别嵌入于外部卡851a和851b上，外部卡851a和851b通过各自的插口833a和833b而连接到835。通常此装置将不会具有这些不同的配置中的所有配置，但这些配置可用来说明用于在相同装置上的两个大容量存储逻辑单元之间复制档案的不同类型的DMA传送。这些配置包含所有的逻辑单元均嵌入于装置中从而使得DMA传送在存储器模块836a与836b之间进行的情况。在另一实例中，USB装置也充当读卡器，DMA传送在卡上的存储器模块(例如，853a)与USB装置上的存储器模块(例如，836a)之间进行。当USB装置可一次读取若干卡时，DMA传送可在两张外部存储卡851a与851b之间进行。与前述实施例中一样，此传送在必须将数据从第一模块中的第一地址发送到主机装置的情况下进行，其中主机装置接着必须以目的地模块上的指定的第二地址将数据发送到第二模块。
在这些配置中的任一配置中，主机可发送包含源逻辑单元数目、源地址、目的地逻辑单元数目、目的地地址和字节计数的复制数据命令。装置可在其与主机之间没有数据传送的情况下内部地实施数据复制。复制命令可作为“通过”命令、作为新界定的CBW/CBI(命令块包覆/命令块中断)命令或作为供应商特定命令而被传送。认可源USB装置与目的地USB装置相同的档案复制交易的操作系统可使用此复制命令。当档案系统实施于装置上时，DMA复制命令可以档案为基础。DMA复制也可在支持不同协议的不同的终点(EP)之间扩展，例如大容量装置级至/自音频装置级，通信装置级至/自音频装置级等。
虽然已参照特定实施例描述本发明的各种方面，但应了解，本发明在所附的权利要求书的完全范围内受到保护。

Claims (19)

1.一种可连接到一主机系统的电子电路卡，所述卡包括：
一第一模块；和
一第二模块，其具有一用来执行一外部数据传送的输入输出功能，所述外部数据传送包含从所述主机-卡系统外部接收数据和/或将数据传输到所述主机-卡系统外部，其中，响应于来自所述卡所连接的一主机的一命令，所述卡使用所述第二模块与所述第一模块之间的所述数据的一直接存储器访问类型的传送来执行至/自所述第一模块的所述外部数据传送。
2.根据权利要求1所述的卡，其中所述第一模块具有一输入输出功能，且从所述主机-卡系统外部通过所述第二模块接收所述数据。
3.根据权利要求2所述的卡，其中所述数据为图像信息。
4.根据权利要求3所述的卡，其中所述第一模块包含一图像传感器。
5.根据权利要求1所述的卡，其中所述第二模块包含一红外线收发机。
6.根据权利要求1所述的卡，其中所述第二模块包含一射频收发机。
7.根据权利要求1所述的卡，其中所述第一模块和第二模块具有一共同的控制器。
8.根据权利要求1所述的卡，其中所述第一模块和第二模块具有不同的控制器。
9.一种在一与一主机系统连接的电子电路卡的一第一模块与一外部装置之间传输数据的方法，其包括从所述主机向所述卡发出一命令，和作为响应，通过具有一输入输出功能的所述卡的一第二模块在所述第一模块与所述外部装置之间传输数据，所述传输是使用所述第一模块与所述第二模块之间的一直接存储器访问传送而不是通过所述主机系统来进行的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过所述输入输出模块内所包含的一天线在所述第二模块与所述外部装置之间无线传输数据。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一模块具有一输入输出功能，且所述方法进一步包括通过所述第二模块从所述主机-卡系统外部接收所述数据。
12.根据权利要求11所述的卡，其中所述数据为图像信息。
13.根据权利要求12所述的卡，其中所述第一模块包含一图像传感器。
14.一种系统，其包括：
一主机；
一总线结构，其连接到所述主机；和
一电子电路装置，其可连接到所述总线以便在所述电子电路装置与所述主机之间进行数据和命令的所述传输，所述电子电路装置提供复数个逻辑单元与所述主机的数据和命令传输，其中所述总线结构经构造使得所述逻辑单元中每次仅有一者可通过所述总线与所述主机交换数据，且其中响应于来自所述主机的一命令，所述电路装置使用所述数据的一直接存储器访问类型的传送在所述逻辑单元的一第一者与一第二者之间执行一数据传送。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一和第二逻辑单元是存储器模块。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述第一和第二逻辑单元是所述电子电路装置的部分。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述第一和第二逻辑单元中的一者或一者以上处于所述电子电路装置的外部并通过一插口结构可分离地连接到所述电子电路装置。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述电子电路装置是一符合SD卡标准的电子电路卡。
19.根据权利要求14所述的系统，其中所述电子电路装置是一USB装置。
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