JPWO2004077306A1 - Sdioコントローラ - Google Patents
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Abstract
SDIO規格に準拠するSDIOホストと複数のアプリケーションとをSDバスを経由して接続する1チップの半導体デバイスであって、SDIOホストから送られるコマンドを解読し必要な応答をSDIOホストに送るSDインターフェース部と、一つ以上のアプリケーションインターフェース部と、前記SDインターフェース部と前記アプリケーションインターフェース部間に一時記憶メモリ(R/WFIFO)メモリとを含むことを特徴とするSDIOコントローラ。このコントローラは、用途に応じたデバイス選択が可能となるだけでなく、複雑なSDIO規格に完全対応したカードシステムの開発コストと開発時間を大幅に短縮することができる。
Description
本発明はSDIO(Secure Digital Input Output)規格に準拠するSDIOホストとSDIOカードアプリケーションとをSDバスを経由して接続する半導体デバイスである、SDIOコントローラに関する。
ノートブック型パーソナルコンピュータ(PC)、携帯通信機器(PDA)、ディジタルビデオ、ディジタルカメラ、小型オーディオ機器など、モバイル機器(これらをまとめて「ホスト機器」ということもある。)に装着できるICカードには種々の規格が存在する。中でも、SDメモリカードは、小型でデータ転送速度が大きくかつ高度なセキュリティ機能を備えているため注目されている。
現在、SD関連機器には、メモリデバイスとしてのSDメモリと、入出力装置(I/O)としてのSDIOという、2つの国際規格が存在する。SDメモリカード規格を拡張し、メモリ機能だけでなく入出力機能を備えたSDIOという国際規格が存在し、SDIO規格に準拠したカード型周辺装置をSDIOカードという。
SDIOコントローラとは、周辺機器がSDIO規格に準拠してホスト機器と接続するための機能を実現するための制御装置である。
SDIO関連機器に関する従来の技術として、UARTのインターフェースを備えたSDIOコントローラとブルートゥース規格の無線通信機能を搭載した「SDIO無線通信カード」が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このSDIO無線通信カードは、ホスト機器のデータをSDIOを経由してワイヤレス通信する機能を備え、離れた場所にあるブルートゥース規格の無線通信機器と通信することができる。
下記特許文献は本発明の背景を説明するための関連技術文献である。
(特許文献1) 特開2002−171303号公報
SDIOという規格は比較的新しい規格であり、しかも、研究開発はSDIOという国際規格のスペックを満たしながら行なわれる必要がある。
しかし、SDIO開発に関わる設計開発環境、SDインターフェース部用のハードウェアデバイス、それらに付随するソフトウェアという一連の設計開発環境は、十分に整っていない。
一例として、SDIOスロットを搭載したホスト機器に装着できる無線LAN機能を備えたSDIOカードを開発しようとする場合、既に実現されているPCMCIAインターフェースを持った無線LANモジュールを利用するためには、PCMCIAインターフェースとSDインターフェースの変換部が求められる。
また別の例では、大容量の不揮発性メモリ機能を有するSDIOカードを開発しようとする場合、種々のメモリに対応するメモリインターフェースを備えることが求められる。
本発明は、上記に鑑みSDIO関連機器の設計開発環境を改善すべくなされたものであり、SDIOホストと種々のアプリケーション(無線、GPS、メモリ等)とのインターフェース機能を備えた汎用性の高いSDIOコントローラ、及びその応用機器等を提供することを主目的とする。
現在、SD関連機器には、メモリデバイスとしてのSDメモリと、入出力装置(I/O)としてのSDIOという、2つの国際規格が存在する。SDメモリカード規格を拡張し、メモリ機能だけでなく入出力機能を備えたSDIOという国際規格が存在し、SDIO規格に準拠したカード型周辺装置をSDIOカードという。
SDIOコントローラとは、周辺機器がSDIO規格に準拠してホスト機器と接続するための機能を実現するための制御装置である。
SDIO関連機器に関する従来の技術として、UARTのインターフェースを備えたSDIOコントローラとブルートゥース規格の無線通信機能を搭載した「SDIO無線通信カード」が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このSDIO無線通信カードは、ホスト機器のデータをSDIOを経由してワイヤレス通信する機能を備え、離れた場所にあるブルートゥース規格の無線通信機器と通信することができる。
下記特許文献は本発明の背景を説明するための関連技術文献である。
(特許文献1) 特開2002−171303号公報
SDIOという規格は比較的新しい規格であり、しかも、研究開発はSDIOという国際規格のスペックを満たしながら行なわれる必要がある。
しかし、SDIO開発に関わる設計開発環境、SDインターフェース部用のハードウェアデバイス、それらに付随するソフトウェアという一連の設計開発環境は、十分に整っていない。
一例として、SDIOスロットを搭載したホスト機器に装着できる無線LAN機能を備えたSDIOカードを開発しようとする場合、既に実現されているPCMCIAインターフェースを持った無線LANモジュールを利用するためには、PCMCIAインターフェースとSDインターフェースの変換部が求められる。
また別の例では、大容量の不揮発性メモリ機能を有するSDIOカードを開発しようとする場合、種々のメモリに対応するメモリインターフェースを備えることが求められる。
本発明は、上記に鑑みSDIO関連機器の設計開発環境を改善すべくなされたものであり、SDIOホストと種々のアプリケーション(無線、GPS、メモリ等)とのインターフェース機能を備えた汎用性の高いSDIOコントローラ、及びその応用機器等を提供することを主目的とする。
本発明に係るSDIOコントローラは、SDIO規格に準拠するSDIOホストと複数のアプリケーションとをSDバスを経由して接続する1チップの半導体デバイスであって、SDIOホストから送られるコマンドを解読し必要な応答をSDIOホストに送るSDインターフェース部と、一つ以上のアプリケーションインターフェース部と、前記SDインターフェース部と前記アプリケーションインターフェース部間に一時記憶メモリ(R/W FIFO)メモリとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、用途に応じたデバイス選択が可能となるだけでなく、複雑なSDIO規格に完全対応したカードシステムの開発コストと開発時間を大幅に短縮することができる。
前記アプリケーションインターフェース部は、PCMCIA又はPCカードバスインターフェース、UARTインターフェース、メモリインターフェースの少なくとも一つを含むことが好ましい。
これらのインターフェースを備えていると、これらのインターフェースを備えている各アプリケーションモジュールを改変することなく、SDコントローラに接続するだけでSDIOカードを開発できる。
具体的には、例えば、PCMCIAインターフェースを備えていると、無線通信規格の一つであるIEEE802.11bの無線LANモジュールとSDIOコントローラをPCMCIAインターフェースで接続すれば、IEEE802.11bのSDIOカードを開発できる。
同様に、UARTインターフェースを備えていると、ブルートゥースモジュールとSDIOコントローラをUARTインターフェースで接続すれば、ブルートゥースのSDIOカードを開発できる。
同様に、メモリインターフェースを備えていると、メモリデバイスを実装することができ、SDIOという入出力の機能に加えて、メモリデバイスとしての機能を付加することができる。
この場合、前記一時記憶メモリは、各SDIOアプリケーションから読み出されたデータを一時的に保持する読み出し用メモリ(RFIFO)を前記アプリケーションインターフェースと同数又は少なくとも一つ備えていると共に、前記SDIOホストに送り出すデータを一時的に保持する書き込み用メモリ(WFIFO)を少なくとも一つ備えていることが好ましい。
このように、読み出し用メモリ(RFIFO)を複数備えていると、複数のアプリケーションが同時に動作している場合でも、データの管理が簡単になり、SDIO規格で定められているサスペンド/レジューム機能を実現するための制御回路を簡素化、高速化できる。
なお、一時記憶メモリは、SDインターフェース部とアプリケーションインターフェース間で送受信するデータだけではなく、複数あるアプリケーションインターフェース間で送受信するデータの一時記憶にも使用できる。
さらに、本発明に係るSDIOコントローラはデータ制御を行うためのマイコン(MCU)を備えていることが好ましい。
MCUを備えていると、SDインターフェース部が受け取るSDコマンドを解釈する機能を補助したり、前記メモリインターフェースにメモリデバイスを接続した際にメモリデバイスを制御したり、前記アプリケーションに対する割り込み信号の送信、転送データの準備、デバックなど様々な処理を行なうことができる。
この場合、前記マイコン(MCU)に対する制御信号を入出力するためのI/O(GPIO)を更に備えていてもよい。
なお、本明細書では、GPIO、HS−UART及びPCMCIAなど、入出力デバイスと接続するためのものをファンクションインターフェースといい、データを記憶保持するメモリを接続するためのメモリインターフェースとは区別される。ファンクションインターフェースとメモリインターフェースをあわせて、「アプリケーションインターフェース」という。
前記メモリインターフェースは、EEPROM、NAND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリなどのインターフェースが含まれる。これらを一つ又は複数備えていてもよいし、これ以外のメモリインターフェースが含まれていてもよい。
メモリインターフェースを備えていると、それに対応した不揮発性メモリ(フラッシュメモリ、強誘電体、強磁性体メモリ等)を接続することができる。
前記不揮発性メモリを接続した場合、メモリ領域の一部に、ファームウエア、SDIOコントローラのハードウエア情報(CIS)、ドライバソフト(CSA)、ユーザーデータの少なくとも一つを備えていてもよい。
また、アプリケーションモジュール側のハードウエア情報(ファームウエア、CIS、CSA)をも前記メモリ領域の一部に備えるようにしてもよい。
本発明に係るSDIOコントローラと通信規格に適合する無線通信モジュールとを、前記アプリケーションインターフェースを通じて接続されるようにSDIO無線通信モジュールを構成してもよい。
なお、前記通信規格はIEEE(米国電気電子技術者協会)802.xなどが一例としてあげられる。特に、IEEE802.11a/b/g/eなどが考えられる。
前記SDIO無線通信モジュールをSDIO規格に適合するカードに収めることにより無線通信カードを提供することができる。あるいは、前記SDIOホストを含む機器に内蔵するように、そのままモジュールとして提供することもできる。
このように、本発明に係るSDIOコントローラは、SDIOカード開発はもちろん、SDIOドライバ開発、無線通信モジュール開発、ハードウエア開発、など多くの開発者に役立つツールとなる。
本発明によれば、用途に応じたデバイス選択が可能となるだけでなく、複雑なSDIO規格に完全対応したカードシステムの開発コストと開発時間を大幅に短縮することができる。
前記アプリケーションインターフェース部は、PCMCIA又はPCカードバスインターフェース、UARTインターフェース、メモリインターフェースの少なくとも一つを含むことが好ましい。
これらのインターフェースを備えていると、これらのインターフェースを備えている各アプリケーションモジュールを改変することなく、SDコントローラに接続するだけでSDIOカードを開発できる。
具体的には、例えば、PCMCIAインターフェースを備えていると、無線通信規格の一つであるIEEE802.11bの無線LANモジュールとSDIOコントローラをPCMCIAインターフェースで接続すれば、IEEE802.11bのSDIOカードを開発できる。
同様に、UARTインターフェースを備えていると、ブルートゥースモジュールとSDIOコントローラをUARTインターフェースで接続すれば、ブルートゥースのSDIOカードを開発できる。
同様に、メモリインターフェースを備えていると、メモリデバイスを実装することができ、SDIOという入出力の機能に加えて、メモリデバイスとしての機能を付加することができる。
この場合、前記一時記憶メモリは、各SDIOアプリケーションから読み出されたデータを一時的に保持する読み出し用メモリ(RFIFO)を前記アプリケーションインターフェースと同数又は少なくとも一つ備えていると共に、前記SDIOホストに送り出すデータを一時的に保持する書き込み用メモリ(WFIFO)を少なくとも一つ備えていることが好ましい。
このように、読み出し用メモリ(RFIFO)を複数備えていると、複数のアプリケーションが同時に動作している場合でも、データの管理が簡単になり、SDIO規格で定められているサスペンド/レジューム機能を実現するための制御回路を簡素化、高速化できる。
なお、一時記憶メモリは、SDインターフェース部とアプリケーションインターフェース間で送受信するデータだけではなく、複数あるアプリケーションインターフェース間で送受信するデータの一時記憶にも使用できる。
さらに、本発明に係るSDIOコントローラはデータ制御を行うためのマイコン(MCU)を備えていることが好ましい。
MCUを備えていると、SDインターフェース部が受け取るSDコマンドを解釈する機能を補助したり、前記メモリインターフェースにメモリデバイスを接続した際にメモリデバイスを制御したり、前記アプリケーションに対する割り込み信号の送信、転送データの準備、デバックなど様々な処理を行なうことができる。
この場合、前記マイコン(MCU)に対する制御信号を入出力するためのI/O(GPIO)を更に備えていてもよい。
なお、本明細書では、GPIO、HS−UART及びPCMCIAなど、入出力デバイスと接続するためのものをファンクションインターフェースといい、データを記憶保持するメモリを接続するためのメモリインターフェースとは区別される。ファンクションインターフェースとメモリインターフェースをあわせて、「アプリケーションインターフェース」という。
前記メモリインターフェースは、EEPROM、NAND型フラッシュメモリ、NOR型フラッシュメモリなどのインターフェースが含まれる。これらを一つ又は複数備えていてもよいし、これ以外のメモリインターフェースが含まれていてもよい。
メモリインターフェースを備えていると、それに対応した不揮発性メモリ(フラッシュメモリ、強誘電体、強磁性体メモリ等)を接続することができる。
前記不揮発性メモリを接続した場合、メモリ領域の一部に、ファームウエア、SDIOコントローラのハードウエア情報(CIS)、ドライバソフト(CSA)、ユーザーデータの少なくとも一つを備えていてもよい。
また、アプリケーションモジュール側のハードウエア情報(ファームウエア、CIS、CSA)をも前記メモリ領域の一部に備えるようにしてもよい。
本発明に係るSDIOコントローラと通信規格に適合する無線通信モジュールとを、前記アプリケーションインターフェースを通じて接続されるようにSDIO無線通信モジュールを構成してもよい。
なお、前記通信規格はIEEE(米国電気電子技術者協会)802.xなどが一例としてあげられる。特に、IEEE802.11a/b/g/eなどが考えられる。
前記SDIO無線通信モジュールをSDIO規格に適合するカードに収めることにより無線通信カードを提供することができる。あるいは、前記SDIOホストを含む機器に内蔵するように、そのままモジュールとして提供することもできる。
このように、本発明に係るSDIOコントローラは、SDIOカード開発はもちろん、SDIOドライバ開発、無線通信モジュール開発、ハードウエア開発、など多くの開発者に役立つツールとなる。
図1は本発明に係るSDIOコントローラの機能ブロックの基本構成を示す図である。
図2はSDIOコントローラ9と無線通信モジュール10とを実装しPCMCIAインターフェースを介して接続したものを、一つのカードに納めた無線通信カードを示す図である。
図3はSDIOコントローラ10とIEEE802.11bの無線LANモジュール20とを一つのSDIOカードに納めた様子を示した図である。
図4(a)はカード自体に無線通信モジュールを内蔵した様子を示す図である。(b)はSDIOコントローラに無線通信機能を付加したものを、1チップにモジュール化し、これをホスト機器側に内蔵させた様子を示した図である。
図2はSDIOコントローラ9と無線通信モジュール10とを実装しPCMCIAインターフェースを介して接続したものを、一つのカードに納めた無線通信カードを示す図である。
図3はSDIOコントローラ10とIEEE802.11bの無線LANモジュール20とを一つのSDIOカードに納めた様子を示した図である。
図4(a)はカード自体に無線通信モジュールを内蔵した様子を示す図である。(b)はSDIOコントローラに無線通信機能を付加したものを、1チップにモジュール化し、これをホスト機器側に内蔵させた様子を示した図である。
1 SDIOホストインターフェースモジュール(HIM)
2 一時記憶メモリ(R/W FIFO)
3a,3b,3c アプリケーションインターフェース
4 制御レジスタ(SDIOREG)
5 FIFOコントローラ(DMA)
6 マイクロコントローラユニット(MCU)
7a I−RAM
7b D−RAM
8 GPIO
9 SDIOコントローラ
10 無線通信モジュール
11 SDIOスロットに装着できる無線通信カード
20 無線LANモジュール
22 ミディアム・アクセス・コントローラ(MAC)およびベースバンド・プロセッサ(BBP)
23 RF制御部
25 SDIO無線カード
26 SDIO無線モジュール
27 SDIOスロット
28 SDIOカード
2 一時記憶メモリ(R/W FIFO)
3a,3b,3c アプリケーションインターフェース
4 制御レジスタ(SDIOREG)
5 FIFOコントローラ(DMA)
6 マイクロコントローラユニット(MCU)
7a I−RAM
7b D−RAM
8 GPIO
9 SDIOコントローラ
10 無線通信モジュール
11 SDIOスロットに装着できる無線通信カード
20 無線LANモジュール
22 ミディアム・アクセス・コントローラ(MAC)およびベースバンド・プロセッサ(BBP)
23 RF制御部
25 SDIO無線カード
26 SDIO無線モジュール
27 SDIOスロット
28 SDIOカード
(ハードウエアの基本構成)
図1は、本発明に係るSDIOコントローラの機能ブロックの基本構成を示したものである。代表的な構成について実施例を用いて説明する。すべての機能は1つのLSIチップ(例えば、6mmx6mm程度のPBGA等)で実現される。本発明に係るSDIOコントローラの一実施例では、I2CのEEPROMとPCMCIAのソケット(スロット)とUARTのコネクタ備えている。
図1に示すように、SDIOホストから送られるコマンドを解読し必要な応答をSDIOホストに送るSDインターフェース部(HIM)1と、一時記憶メモリ(R/W FIFO)2と、複数のアプリケーションインターフェース3a、3b、3cとを含んでいる。なお、機能ブロックとしては離れて描かれているが制御レジスタ(SDIOREG)4はHIMに含まれる。制御レジスタ4はSDIOホストがSDデバイスを制御するために必須の構成である。
アプリケーションインターフェースは、HS−UART(ハイスピードにも対応できるUART)3aとPCMCIA3bとフラッシュメモリを接続できるメモリインターフェース3cを備えている。これ以外のアプリケーションインターフェースでもよい。例えば、PCカードバスその他のインターフェースに対応したものなどが考えられる。
以上が最小限の構成要素の機能ブロックであるが、本実施例では、更にFIFOコントローラ(DMA)5、マイクロコントローラユニット(MCU)6とI−RAM7a・D−RAM7b、及びGPIO8を含んでいる。DMA5は図1では1つしか表わされていないが、実際には3つある。各DMAは各アプリケーションインターフェースに対応するDMAから送られるデータを一時記憶するRFIFO2a、2b、2c及びSDIOホストからHIMを介して送られるデータを一時記憶するWFIFO2dに接続されている。これらの各機能について説明する。
−インターフェース−
(1)SDインターフェース部
SDIO規格に従って、SDホスト(「SDIOホスト」ともいう。)からSDバスを通して送られたコマンドを解釈し、必要な応答を返す。また、コマンドによっては、SDバスを通して送られたデータのCRCエラーの有無を確認後、WFIFOに格納したり、RFIFOに溜ったデータを取り出し、それにCRCエラーチェック用のコードを付加して、SDバスを通してSDホストに送ったりする。
SDバスは、9本の信号で構成されていて、その機能、タイミング仕様はSDIO規格で、規格化されている。
SDIOホストはSDIOカードがスロットに装着されると、カード情報を認識し、装着されたSDIOカードを認識するために多数のコマンドを送信する。HIMはコマンドを解釈し、ホストに応答を返す。
これらのやり取りを経た後、SDIOカードが認識されると、ホスト機器のデータ(例えばデジタルカメラの画像データ、IPフォンなどの音声データなど)を送受信できる状態となる。
(2)HS−UARTインターフェース
HS−UARTは、前記一時記憶メモリを搭載することにより、高速転送に対応したシリアルインターフェースである。一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、シリアルデータに変換後、RS−232C規格に従ってデータを送信する。あるいは、RS−232C規格に従って受信したデータをパラレルデータに変換して、一時記憶メモリに格納し、SDホストに割込みを出す。このインターフェースにより、モデム、PHS、ブルートゥースなど、RS−232Cインターフェースを持ったデバイスを接続する。SDホストは、SDIOREGを通してこのHS−UARTの制御をしたり、状態を知る。
(3)PCMCIAインターフェース
PCMCIAはノートパソコン等に搭載されているインターフェースで、国際規格となっている。PCMCIA規格に従って、一時記憶メモリとPCMCIAデバイス間のデータの読み書きを行う。また、PCMCIAデバイスからの割込みをSDIOREGおよびHIMを通してSDホストに伝える。このインターフェースにより、IEEE802.11x、ハードディスク、コンパクトディスクなど、PCMCIAインターフェースを持ったデバイスと接続する。
なお、コンパクトフラッシュ(登録商標)なども、基本的にはPCMCIAインターフェースのサブセットなので、このPCMCIAインターフェースに接続する。
(4)メモリインターフェース
本発明に係るメモリインターフェースは、EEPROM、NAND型メモリ、NOR型メモリという3系統を備えている。開発環境支援ツールとして使用する場合には、できるだけ多くのメモリインターフェースを持つことが好ましいためである。
a.I2CシリアルEEPROMインターフェース
一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、シリアルデータに変換後、I2Cのプロトコルに従って、データをシリアルEEPROMに書く。あるいは、I2Cのプロトコルに従って、シリアルEEPROMからデータ読み出し、それをパラレルデータに変換して一時記憶メモリに格納する。このインターフェースによりシリアルEEPROMを接続する。
b.NAND型フラッシュインターフェース
一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、データラインを通じてデータをNAND型フラッシュメモリに書く。あるいは、データラインを通じてデータをNAND型フラッシュメモリから読み出し、それを一時記憶メモリに格納する。また、データの読み書き時に必要なリード/ライト信号やアドレス信号を生成する。このインターフェースによりNAND型フラッシュメモリを接続する。
c.NOR型フラッシュメモリインターフェース
一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、IOラインを通じてデータをNOR型フラッシュメモリに書く。あるいは、IOラインを通じてNOR型フラッシュメモリからデータを読み、それを一時記憶メモリに格納する。また、データの読み書き時に必要なコマンドやアドレスを生成し、IOラインを通じてNOR型フラッシュに送る。このインターフェースによりNOR型フラッシュメモリを接続する。
以上のメモリインターフェースを使ってSDIOカードにメモリカードの機能を付加できる。
(5)GPIOインターフェース(General Peripheral I/O)
SDホストがSDIOREGに書いた設定値に従って、GPIOインターフェースの各信号の方向や値を制御したり、入力に設定された信号の値をSDIOREGに設定する。入力方向のGPIOインターフェースは、SDホストへの割込み発生(IRQ:Interapt Request)や、例えば受信待機中などといったアプリケーションデバイスの状態通知に使用する。また出力方向のGPIOはLEDの制御やアプリケーションデバイスの消費電力制御、モード切替えなどに使用する。
また、GPIOは汎用インターフェースであり、GPIOポートと他の外部モジュール(例えば、ラジオ放送受信モジュールなど)とを接続すると、ホスト機器側でこれらの外部モジュールを制御することができる。
(6)SDIOREG
SDIOREGは、SDIO規格で規格化されたSDホストからアクセスできるレジスタと内部制御用のレジスタで構成される。SDIOREGにはMCUからもアクセスする。SDIO規格でユーザ依存になっているレジスタと内部制御用のレジスタについて説明する。
FN1(HS−UART)レジスタ:
HS−UARTには、その動作を制御するための制御レジスタが設けられている。この制御レジスタはホスト機器から直接見ることが可能であり、ホスト機器はSDIOインターフェースを介して制御レジスタを直接的にアクセスすることができる。UARTによるシリアル通信は制御レジスタの設定内容に基づき行なわれる。つまり、ホスト機器は制御レジスタにアクセスすることにより、機器との間のデータの送受信を直接的に制御することができる。
SDIO規格で規格化されているファンクション1の領域には、HS−UARTインターフェース用の制御レジスタを設ける。SDホストはこのレジスタを通じてHS−UARTデバイスとデータの送受信を行う。具体的には、ナショナルセミコンダクター社の16650チップに設けられたレジスタと同等のものを設ける。
具体的には、RBR(リードバッファレジスタ:受信データの一時保持)、THR(ライトホールディングレジスタ:送信データの一時保持)、IER(インタラプットエネーブルレジスタ:割り込み制御)、IIR(インタラプトイデントレジスタ:割込み要因表示)、FER(FIFOコントロールレジスタ:送受信FIFO制御)、LCR(ラインコントロールレジスタ:データライン制御)、MCR(モデムコントロールレジスタ:モデム制御)、LSR(ラインステイタスレジスタ:データライン状態表示)、MSR(モデムステイタスレジスタ:モデム制御ラインの状態表示)、SCR(スクラッチレジスタ:汎用)、DLL(デヴィソアラッチLS:送受信クロック分周制御)、DLM(デビソアラッチMS:送受信クロック分周制御)、HFC(ハードウエアフローコントロール:モデムラインをHWでコントロール)などのレジスタを有している。
FN2(PCMCIA)レジスタ:
SDIO規格で規格化されているファンクション2の領域には、PCMCIAインターフェース用の制御レジスタを設ける。SDホストはこのレジスタを通じてPCMCIAデバイスとデータの送受信を行う。具体的には、PCMCIAのアトリビュート領域へのデータウィンドウ、メモリ領域へのデータウィンドウ、IO領域へのデータウィンドウ、各データウィンドウのアドレスオフセット値、PCMCIAの信号のタイミング制御、割込みイネーブル制御などのレジスタを設ける。
また、内部制御用のレジスタとして、SDホストから送られたコマンド識別子や、コマンド引数を格納するレジスタ、データ転送時のデータサイズを指定するレジスタ、コマンド処理時に発生したエラーの種類を示すレジスタ、SDバスのモードを示すレジスタ、MCUがHIMやDMA、一時記憶メモリ、各アプリケーションインターフェースを制御したり、状態を見るためのレジスタを設ける。
(7)一時記憶メモリ(WFIFO、RFIFO1、RFIFO2、RFIFO3)
これらはSDホストとアプリケーションインターフェース間、あるいは複数のアプリケーションインターフェース間で転送されるデータを一時的に保持する。本明細書では便宜上、アプリケーションインターフェースへ出力するデータを一時的に保持するメモリをWFIFO、アプリケーションインターフェースから入力したデータを一時的に保持するメモリをRFIFOと定義しておく
FIFOは、本来は一つあればよい。しかし、本発明では、一つのWFIFOと三つのRFIFOを持っている。
FIFOメモリ(RAM)の容量は、例えば以下のとおりである。
RFIFO1・・・512バイト(UART用)
RFIFO2・・・2kバイト (PCMCIA用)
RFIFO3・・・2kバイト (メモリ用)
WFIFO ・・・2kバイト
このようにアプリケーションインターフェースが複数ある場合に、RFIFOをアプリケーションインターフェースごとに設けておくと、第一のアプリケーションインターフェースからSDホストにデータを転送している際に、転送が一時中断(サスペンド)されても、別のRFIFOを使って、第二のアプリケーションインターフェースからSDホストへデータを転送できるので、第一のアプリケーションインターフェースからそれ用のRFIFOへのデータ転送は続行される。その後、中断していた第一のアプリケーションインターフェースからSDホストへのデータ転送が再開(レジューム)されるときは、第一のアプリケーションインターフェース用のRFIFOにデータが溜った状態となるので、中断によるデータ転送速度への影響は少ない。また、各アプリケーションインターフェースから入力されたデータは、それぞれ専用のRFIFOに溜るので、データとアプリケーションインターフェースとの対応が明示的であり、データの制御が簡単になる。
(8)DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)
DMAは制御ロジックのハードウェアである。一時記憶メモリと各アプリケーションインターフェース間のデータ転送を行う。DMAはHIMあるいはMCUにより制御される。DMAは図1では便宜上1つしか表わしていないが、各アプリケーションインターフェースごとにDMAを設けて、各アプリケーションインターフェースとFIFO間のデータ転送を同時に行う。
−マイコン(MCU)−
マイコンとはマイクロコントローラユニット(MCU)を意味するロジックICである。I−RAM(8kバイト)とD−RAM(256kB)を持っている。マイコンはGPIO、SDIOREG(FNO)、DMAを制御したり、メモリインターフェース(M−IF)に接続されたメモリデバイスの制御を行なうことができる。8ビット程度のMCU(80C51など)でよい。ポートは8ビットあり、方向性(入力か出力か)、割り込み信号を伝える、ワイヤード・オアでつなぐなどの働きをする。
SDIOホストからHIMが受け取るI/Oコマンドは数種類しかないため、I/Oのみの処理であれば、MCUを使わずHIMのみで処理してもよい。しかし、メモリインターフェースにフラッシュメモリを実装してこれを制御する場合には、その制御コマンドが最低でも数十個必要となる。そこで、このような場合、MCUを使ってI/Oとフラッシュインターフェースの両方を制御するとよい。その他、MCUを備えていると、上述したメモリデバイスの制御に加え、SDプロトコルエンジン(HIM)が受け取るSDコマンドを解釈する機能を補助したり、前記アプリケーションに対する割り込み信号の送信、転送データの準備、デバックなど様々な処理を行なうことができる。
<MCUの処理の例>
SDメモリへのデータ転送は常に連続データであるため、レジスタへの書き込みも常に連続である。しかし、SDIOカードを操作する場合、多くの非連続のレジスタへの読み出し及び書き込みが頻繁に発生する。これは、アクセスしようとするレジスタのアドレスが非連続であるため、アクセスするたびにSDIOホストはコマンドを発行しなければならないからである。その結果、SDバス上の有効データ転送効率が低下するという問題が発生する。
そこで、あらかじめSDIOホストがSDIOコントローラに書き込みデータを送るときは、読み出し或いは書き込みの対象となるレジスタアドレスと、操作の種類と、書き込みの場合は書き込みデータを組にして、複数の組をデータとしてSDIOコントローラに転送するように決めておき、一方、SDIOコントローラ側では、MCUがSDIOホストから送られるデータを解読し、アプリケーションインターフェース部を介して非連続レジスタへのアクセスを行うことにより、転送効率を高めるという方法が考えられる。この処理の具体例を以下説明する。
SDIO規格で定められたコマンド53(CMD53)を使って、下記のようなデータをSDIOホストからSDバスを通じて本発明に係るSDIOコントローラに転送する。
<転送データの例>
[組の数][第1のアドレス][第1の操作の種類][第1のデータの数]([第1の書き込みデータ])[第2のアドレス][第2のデータの数]([第2の書き込みデータ])・・・・[第nのアドレス][第nの操作の種類][第nのデータの数]([第nの書き込みデータ])
なお、書き込みデータは書き込みすなわちSDIOホストからSDIOコントローラにデータを転送する場合にのみ必要であり、逆に、SDIOコントローラからSDIOホストにデータを転送する読み出し動作の場合は不要である。
また、[操作の種類]とは、例えば以下のようなものが考えられる。
(1)指定アドレスへの書き込み操作(Fixed Address)
(2)指定アドレスからの読み出し操作(Fixed Address)
(3)指定アドレスから連続するアドレスへの書き込み操作(Increment Address)
(4)指定アドレスから連続するアドレスからの読み出し操作(Increment Address)
(5)指定アドレスから連続するアドレスから読み出したデータと、書き込みデータとの論理和を計算した結果を指定アドレスに上書きする操作
(6)指定アドレスから連続するアドレスから読み出したデータと、書き込みデータとの論理積を計算した結果を指定アドレスに上書きする操作
(7)指定アドレスへの2バイト単位での書き込み操作(Fixed Address)
(8)指定アドレスへの2バイト単位での読み出し操作(Fixed Address)
(9)指定アドレスへの4バイト単位での書き込み操作(Fixed Address)
(10)指定アドレスへの4バイト単位での読み出し操作(Fixed Address)
SDIOコントローラが上記データを受け取るとSDインターフェース部はレスポンスをSDIOホストに送り返すと共に、受け取ったデータをマイコン(MCU)に渡す。ロジックICであるマイコン(MCU)にとって、受け取ったデータを解釈し、非連続のアドレスに書き込み或いは必要なデータの読み出しを行うことは容易である。このような、データの転送によれば、アクセスしようとするレジスタのアドレスが非連続である場合でも、データ効率が低下しない。
次に、SDIOコントローラの動作について説明する。
1.SDホストがコマンドを送る。コマンドには、命令の種類、転送データ数、送り先などの情報が入っている。
2.HIMがコマンドを解釈して、コマンドレスポンスをSDホストに返すと同時にMCUに内部的なコマンド割込みを発生する。
3.書き込みコマンドの場合、SDIOホストがレスポンスを受け取ったらデータを送る。
4.HIMはデータをWFIFOに格納する。その間、コマンド割込みを受けたMCUはコマンド内容に従って、DMAやアプリケーションインターフェースを制御し、SDホストからのデータが到着するのを待つ。
5.データを受け取ると、HIMはSDホストにデータレスポンスを返すと同時にMCUに内部的なデータレディ割込みを発生する。
7.MCUはコマンドレディ割込みを受けると、DMAを起動する。
8.DMAが起動され、WFIFOに溜ったデータが所定のアプリケーションインターフェースを通して転送される。
なお、MCUを経由せずに、HIMが直接DMAやアプリケーションインターフェースを制御し、DMAを起動してもよい。
(第1の実施形態)−無線通信モジュールを実装したSDIOコントローラー
無線通信モジュールはIEEE(米国電気電子技術者協会)802.xにより標準化が行なわれている。例えば、無線LANの場合、現在の主流は802.11bモジュールが一般的であり、今後802.11a/g/eなど、通信速度やセキュリティを高めた新しい規格に向けて技術開発がなされている。
例えば、IEEE802.11bに準拠した無線LANカードは、PCMCIAバスに接続するものが知られており、現在多くの製品が製造されている。この無線LANカードを、SDカードで利用しようとしても、9ピンのSDIOホストと68ピンのPCMCIAデバイスとを直接接続することは、物理的に不可能である。
しかし、本発明に係るSDIOコントローラを用いてSDIOのスペックを満たしながらPCMCIAにプロトコル変換を行なえば、SDIOカードのPCMCIAインターフェース部に、PCMCIAに対応しているIEEE802.11bの無線フロントエンドを直接接続することができる。つまり、既存のアーキテクチャやソフトをそのまま利用して、短期間に低コストでSDIO対応の無線LANカードを開発することができる。
図1は、本発明に係るSDIOコントローラの機能ブロックの基本構成を示したものである。代表的な構成について実施例を用いて説明する。すべての機能は1つのLSIチップ(例えば、6mmx6mm程度のPBGA等)で実現される。本発明に係るSDIOコントローラの一実施例では、I2CのEEPROMとPCMCIAのソケット(スロット)とUARTのコネクタ備えている。
図1に示すように、SDIOホストから送られるコマンドを解読し必要な応答をSDIOホストに送るSDインターフェース部(HIM)1と、一時記憶メモリ(R/W FIFO)2と、複数のアプリケーションインターフェース3a、3b、3cとを含んでいる。なお、機能ブロックとしては離れて描かれているが制御レジスタ(SDIOREG)4はHIMに含まれる。制御レジスタ4はSDIOホストがSDデバイスを制御するために必須の構成である。
アプリケーションインターフェースは、HS−UART(ハイスピードにも対応できるUART)3aとPCMCIA3bとフラッシュメモリを接続できるメモリインターフェース3cを備えている。これ以外のアプリケーションインターフェースでもよい。例えば、PCカードバスその他のインターフェースに対応したものなどが考えられる。
以上が最小限の構成要素の機能ブロックであるが、本実施例では、更にFIFOコントローラ(DMA)5、マイクロコントローラユニット(MCU)6とI−RAM7a・D−RAM7b、及びGPIO8を含んでいる。DMA5は図1では1つしか表わされていないが、実際には3つある。各DMAは各アプリケーションインターフェースに対応するDMAから送られるデータを一時記憶するRFIFO2a、2b、2c及びSDIOホストからHIMを介して送られるデータを一時記憶するWFIFO2dに接続されている。これらの各機能について説明する。
−インターフェース−
(1)SDインターフェース部
SDIO規格に従って、SDホスト(「SDIOホスト」ともいう。)からSDバスを通して送られたコマンドを解釈し、必要な応答を返す。また、コマンドによっては、SDバスを通して送られたデータのCRCエラーの有無を確認後、WFIFOに格納したり、RFIFOに溜ったデータを取り出し、それにCRCエラーチェック用のコードを付加して、SDバスを通してSDホストに送ったりする。
SDバスは、9本の信号で構成されていて、その機能、タイミング仕様はSDIO規格で、規格化されている。
SDIOホストはSDIOカードがスロットに装着されると、カード情報を認識し、装着されたSDIOカードを認識するために多数のコマンドを送信する。HIMはコマンドを解釈し、ホストに応答を返す。
これらのやり取りを経た後、SDIOカードが認識されると、ホスト機器のデータ(例えばデジタルカメラの画像データ、IPフォンなどの音声データなど)を送受信できる状態となる。
(2)HS−UARTインターフェース
HS−UARTは、前記一時記憶メモリを搭載することにより、高速転送に対応したシリアルインターフェースである。一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、シリアルデータに変換後、RS−232C規格に従ってデータを送信する。あるいは、RS−232C規格に従って受信したデータをパラレルデータに変換して、一時記憶メモリに格納し、SDホストに割込みを出す。このインターフェースにより、モデム、PHS、ブルートゥースなど、RS−232Cインターフェースを持ったデバイスを接続する。SDホストは、SDIOREGを通してこのHS−UARTの制御をしたり、状態を知る。
(3)PCMCIAインターフェース
PCMCIAはノートパソコン等に搭載されているインターフェースで、国際規格となっている。PCMCIA規格に従って、一時記憶メモリとPCMCIAデバイス間のデータの読み書きを行う。また、PCMCIAデバイスからの割込みをSDIOREGおよびHIMを通してSDホストに伝える。このインターフェースにより、IEEE802.11x、ハードディスク、コンパクトディスクなど、PCMCIAインターフェースを持ったデバイスと接続する。
なお、コンパクトフラッシュ(登録商標)なども、基本的にはPCMCIAインターフェースのサブセットなので、このPCMCIAインターフェースに接続する。
(4)メモリインターフェース
本発明に係るメモリインターフェースは、EEPROM、NAND型メモリ、NOR型メモリという3系統を備えている。開発環境支援ツールとして使用する場合には、できるだけ多くのメモリインターフェースを持つことが好ましいためである。
a.I2CシリアルEEPROMインターフェース
一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、シリアルデータに変換後、I2Cのプロトコルに従って、データをシリアルEEPROMに書く。あるいは、I2Cのプロトコルに従って、シリアルEEPROMからデータ読み出し、それをパラレルデータに変換して一時記憶メモリに格納する。このインターフェースによりシリアルEEPROMを接続する。
b.NAND型フラッシュインターフェース
一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、データラインを通じてデータをNAND型フラッシュメモリに書く。あるいは、データラインを通じてデータをNAND型フラッシュメモリから読み出し、それを一時記憶メモリに格納する。また、データの読み書き時に必要なリード/ライト信号やアドレス信号を生成する。このインターフェースによりNAND型フラッシュメモリを接続する。
c.NOR型フラッシュメモリインターフェース
一時記憶メモリに蓄えられたデータを取り出し、IOラインを通じてデータをNOR型フラッシュメモリに書く。あるいは、IOラインを通じてNOR型フラッシュメモリからデータを読み、それを一時記憶メモリに格納する。また、データの読み書き時に必要なコマンドやアドレスを生成し、IOラインを通じてNOR型フラッシュに送る。このインターフェースによりNOR型フラッシュメモリを接続する。
以上のメモリインターフェースを使ってSDIOカードにメモリカードの機能を付加できる。
(5)GPIOインターフェース(General Peripheral I/O)
SDホストがSDIOREGに書いた設定値に従って、GPIOインターフェースの各信号の方向や値を制御したり、入力に設定された信号の値をSDIOREGに設定する。入力方向のGPIOインターフェースは、SDホストへの割込み発生(IRQ:Interapt Request)や、例えば受信待機中などといったアプリケーションデバイスの状態通知に使用する。また出力方向のGPIOはLEDの制御やアプリケーションデバイスの消費電力制御、モード切替えなどに使用する。
また、GPIOは汎用インターフェースであり、GPIOポートと他の外部モジュール(例えば、ラジオ放送受信モジュールなど)とを接続すると、ホスト機器側でこれらの外部モジュールを制御することができる。
(6)SDIOREG
SDIOREGは、SDIO規格で規格化されたSDホストからアクセスできるレジスタと内部制御用のレジスタで構成される。SDIOREGにはMCUからもアクセスする。SDIO規格でユーザ依存になっているレジスタと内部制御用のレジスタについて説明する。
FN1(HS−UART)レジスタ:
HS−UARTには、その動作を制御するための制御レジスタが設けられている。この制御レジスタはホスト機器から直接見ることが可能であり、ホスト機器はSDIOインターフェースを介して制御レジスタを直接的にアクセスすることができる。UARTによるシリアル通信は制御レジスタの設定内容に基づき行なわれる。つまり、ホスト機器は制御レジスタにアクセスすることにより、機器との間のデータの送受信を直接的に制御することができる。
SDIO規格で規格化されているファンクション1の領域には、HS−UARTインターフェース用の制御レジスタを設ける。SDホストはこのレジスタを通じてHS−UARTデバイスとデータの送受信を行う。具体的には、ナショナルセミコンダクター社の16650チップに設けられたレジスタと同等のものを設ける。
具体的には、RBR(リードバッファレジスタ:受信データの一時保持)、THR(ライトホールディングレジスタ:送信データの一時保持)、IER(インタラプットエネーブルレジスタ:割り込み制御)、IIR(インタラプトイデントレジスタ:割込み要因表示)、FER(FIFOコントロールレジスタ:送受信FIFO制御)、LCR(ラインコントロールレジスタ:データライン制御)、MCR(モデムコントロールレジスタ:モデム制御)、LSR(ラインステイタスレジスタ:データライン状態表示)、MSR(モデムステイタスレジスタ:モデム制御ラインの状態表示)、SCR(スクラッチレジスタ:汎用)、DLL(デヴィソアラッチLS:送受信クロック分周制御)、DLM(デビソアラッチMS:送受信クロック分周制御)、HFC(ハードウエアフローコントロール:モデムラインをHWでコントロール)などのレジスタを有している。
FN2(PCMCIA)レジスタ:
SDIO規格で規格化されているファンクション2の領域には、PCMCIAインターフェース用の制御レジスタを設ける。SDホストはこのレジスタを通じてPCMCIAデバイスとデータの送受信を行う。具体的には、PCMCIAのアトリビュート領域へのデータウィンドウ、メモリ領域へのデータウィンドウ、IO領域へのデータウィンドウ、各データウィンドウのアドレスオフセット値、PCMCIAの信号のタイミング制御、割込みイネーブル制御などのレジスタを設ける。
また、内部制御用のレジスタとして、SDホストから送られたコマンド識別子や、コマンド引数を格納するレジスタ、データ転送時のデータサイズを指定するレジスタ、コマンド処理時に発生したエラーの種類を示すレジスタ、SDバスのモードを示すレジスタ、MCUがHIMやDMA、一時記憶メモリ、各アプリケーションインターフェースを制御したり、状態を見るためのレジスタを設ける。
(7)一時記憶メモリ(WFIFO、RFIFO1、RFIFO2、RFIFO3)
これらはSDホストとアプリケーションインターフェース間、あるいは複数のアプリケーションインターフェース間で転送されるデータを一時的に保持する。本明細書では便宜上、アプリケーションインターフェースへ出力するデータを一時的に保持するメモリをWFIFO、アプリケーションインターフェースから入力したデータを一時的に保持するメモリをRFIFOと定義しておく
FIFOは、本来は一つあればよい。しかし、本発明では、一つのWFIFOと三つのRFIFOを持っている。
FIFOメモリ(RAM)の容量は、例えば以下のとおりである。
RFIFO1・・・512バイト(UART用)
RFIFO2・・・2kバイト (PCMCIA用)
RFIFO3・・・2kバイト (メモリ用)
WFIFO ・・・2kバイト
このようにアプリケーションインターフェースが複数ある場合に、RFIFOをアプリケーションインターフェースごとに設けておくと、第一のアプリケーションインターフェースからSDホストにデータを転送している際に、転送が一時中断(サスペンド)されても、別のRFIFOを使って、第二のアプリケーションインターフェースからSDホストへデータを転送できるので、第一のアプリケーションインターフェースからそれ用のRFIFOへのデータ転送は続行される。その後、中断していた第一のアプリケーションインターフェースからSDホストへのデータ転送が再開(レジューム)されるときは、第一のアプリケーションインターフェース用のRFIFOにデータが溜った状態となるので、中断によるデータ転送速度への影響は少ない。また、各アプリケーションインターフェースから入力されたデータは、それぞれ専用のRFIFOに溜るので、データとアプリケーションインターフェースとの対応が明示的であり、データの制御が簡単になる。
(8)DMA(ダイレクト・メモリ・アクセス)
DMAは制御ロジックのハードウェアである。一時記憶メモリと各アプリケーションインターフェース間のデータ転送を行う。DMAはHIMあるいはMCUにより制御される。DMAは図1では便宜上1つしか表わしていないが、各アプリケーションインターフェースごとにDMAを設けて、各アプリケーションインターフェースとFIFO間のデータ転送を同時に行う。
−マイコン(MCU)−
マイコンとはマイクロコントローラユニット(MCU)を意味するロジックICである。I−RAM(8kバイト)とD−RAM(256kB)を持っている。マイコンはGPIO、SDIOREG(FNO)、DMAを制御したり、メモリインターフェース(M−IF)に接続されたメモリデバイスの制御を行なうことができる。8ビット程度のMCU(80C51など)でよい。ポートは8ビットあり、方向性(入力か出力か)、割り込み信号を伝える、ワイヤード・オアでつなぐなどの働きをする。
SDIOホストからHIMが受け取るI/Oコマンドは数種類しかないため、I/Oのみの処理であれば、MCUを使わずHIMのみで処理してもよい。しかし、メモリインターフェースにフラッシュメモリを実装してこれを制御する場合には、その制御コマンドが最低でも数十個必要となる。そこで、このような場合、MCUを使ってI/Oとフラッシュインターフェースの両方を制御するとよい。その他、MCUを備えていると、上述したメモリデバイスの制御に加え、SDプロトコルエンジン(HIM)が受け取るSDコマンドを解釈する機能を補助したり、前記アプリケーションに対する割り込み信号の送信、転送データの準備、デバックなど様々な処理を行なうことができる。
<MCUの処理の例>
SDメモリへのデータ転送は常に連続データであるため、レジスタへの書き込みも常に連続である。しかし、SDIOカードを操作する場合、多くの非連続のレジスタへの読み出し及び書き込みが頻繁に発生する。これは、アクセスしようとするレジスタのアドレスが非連続であるため、アクセスするたびにSDIOホストはコマンドを発行しなければならないからである。その結果、SDバス上の有効データ転送効率が低下するという問題が発生する。
そこで、あらかじめSDIOホストがSDIOコントローラに書き込みデータを送るときは、読み出し或いは書き込みの対象となるレジスタアドレスと、操作の種類と、書き込みの場合は書き込みデータを組にして、複数の組をデータとしてSDIOコントローラに転送するように決めておき、一方、SDIOコントローラ側では、MCUがSDIOホストから送られるデータを解読し、アプリケーションインターフェース部を介して非連続レジスタへのアクセスを行うことにより、転送効率を高めるという方法が考えられる。この処理の具体例を以下説明する。
SDIO規格で定められたコマンド53(CMD53)を使って、下記のようなデータをSDIOホストからSDバスを通じて本発明に係るSDIOコントローラに転送する。
<転送データの例>
[組の数][第1のアドレス][第1の操作の種類][第1のデータの数]([第1の書き込みデータ])[第2のアドレス][第2のデータの数]([第2の書き込みデータ])・・・・[第nのアドレス][第nの操作の種類][第nのデータの数]([第nの書き込みデータ])
なお、書き込みデータは書き込みすなわちSDIOホストからSDIOコントローラにデータを転送する場合にのみ必要であり、逆に、SDIOコントローラからSDIOホストにデータを転送する読み出し動作の場合は不要である。
また、[操作の種類]とは、例えば以下のようなものが考えられる。
(1)指定アドレスへの書き込み操作(Fixed Address)
(2)指定アドレスからの読み出し操作(Fixed Address)
(3)指定アドレスから連続するアドレスへの書き込み操作(Increment Address)
(4)指定アドレスから連続するアドレスからの読み出し操作(Increment Address)
(5)指定アドレスから連続するアドレスから読み出したデータと、書き込みデータとの論理和を計算した結果を指定アドレスに上書きする操作
(6)指定アドレスから連続するアドレスから読み出したデータと、書き込みデータとの論理積を計算した結果を指定アドレスに上書きする操作
(7)指定アドレスへの2バイト単位での書き込み操作(Fixed Address)
(8)指定アドレスへの2バイト単位での読み出し操作(Fixed Address)
(9)指定アドレスへの4バイト単位での書き込み操作(Fixed Address)
(10)指定アドレスへの4バイト単位での読み出し操作(Fixed Address)
SDIOコントローラが上記データを受け取るとSDインターフェース部はレスポンスをSDIOホストに送り返すと共に、受け取ったデータをマイコン(MCU)に渡す。ロジックICであるマイコン(MCU)にとって、受け取ったデータを解釈し、非連続のアドレスに書き込み或いは必要なデータの読み出しを行うことは容易である。このような、データの転送によれば、アクセスしようとするレジスタのアドレスが非連続である場合でも、データ効率が低下しない。
次に、SDIOコントローラの動作について説明する。
1.SDホストがコマンドを送る。コマンドには、命令の種類、転送データ数、送り先などの情報が入っている。
2.HIMがコマンドを解釈して、コマンドレスポンスをSDホストに返すと同時にMCUに内部的なコマンド割込みを発生する。
3.書き込みコマンドの場合、SDIOホストがレスポンスを受け取ったらデータを送る。
4.HIMはデータをWFIFOに格納する。その間、コマンド割込みを受けたMCUはコマンド内容に従って、DMAやアプリケーションインターフェースを制御し、SDホストからのデータが到着するのを待つ。
5.データを受け取ると、HIMはSDホストにデータレスポンスを返すと同時にMCUに内部的なデータレディ割込みを発生する。
7.MCUはコマンドレディ割込みを受けると、DMAを起動する。
8.DMAが起動され、WFIFOに溜ったデータが所定のアプリケーションインターフェースを通して転送される。
なお、MCUを経由せずに、HIMが直接DMAやアプリケーションインターフェースを制御し、DMAを起動してもよい。
(第1の実施形態)−無線通信モジュールを実装したSDIOコントローラー
無線通信モジュールはIEEE(米国電気電子技術者協会)802.xにより標準化が行なわれている。例えば、無線LANの場合、現在の主流は802.11bモジュールが一般的であり、今後802.11a/g/eなど、通信速度やセキュリティを高めた新しい規格に向けて技術開発がなされている。
例えば、IEEE802.11bに準拠した無線LANカードは、PCMCIAバスに接続するものが知られており、現在多くの製品が製造されている。この無線LANカードを、SDカードで利用しようとしても、9ピンのSDIOホストと68ピンのPCMCIAデバイスとを直接接続することは、物理的に不可能である。
しかし、本発明に係るSDIOコントローラを用いてSDIOのスペックを満たしながらPCMCIAにプロトコル変換を行なえば、SDIOカードのPCMCIAインターフェース部に、PCMCIAに対応しているIEEE802.11bの無線フロントエンドを直接接続することができる。つまり、既存のアーキテクチャやソフトをそのまま利用して、短期間に低コストでSDIO対応の無線LANカードを開発することができる。
(その1)SDIO無線通信カード
図2に示すように、上述したSDIOコントローラ9と無線通信モジュール10とを実装しPCMCIAインターフェースを介して接続したものを、一つのカードに納めると、ホスト機器のSDIOスロットに装着できる無線通信カード11になる。なお、無線通信モジュールはIEEE802.xなど、標準化されたものが好ましい。
図3は、SDIOコントローラ10とIEEE802.11bの無線LANモジュール20とを一つのSDIOカードに納めた様子を示したものである。破線部は、IEEE802.11bの無線LANモジュール20を示している。このモジュールは、ミディアム・アクセス・コントローラ(MAC)およびベースバンド・プロセッサ(BBP)22と、RF制御部23とからなり、PCMCIAインターフェースを介してSDIOコントローラ10に接続されている。
無線通信モジュールとして、ブルートゥースモジュール利用する場合には、ブルートゥースの標準ポートであるHS−UARTを介して本発明に係るSDIOコントローラに接続すればよい。このように、本発明に係るSDIOコントローラは既に開発済みのアプリケーションモジュールをそのままSDアプリケーションとして利用することができるので、設計開発の労力及びコストを大幅に削減することができる。
さらに、本発明に係るSDIOコントローラは複数のアプリケーションインターフェースを備えているので、複数の無線通信モジュールを搭載しておけば、例えばアクセスポイントが利用できるときは無線LANに接続し、利用できないときはPHSなどで接続するように選択的に利用できるなどの利用方法も考えられる。
(変形例)SDIOコントローラ+無線通信モジュール+メモリデバイス
図3のように、SDIOコントローラのメモリインターフェース部3cに、フラッシュメモリ14aやEEPROM14bを設けてもよい。このようにすれば、この無線LANカードは、無線LANの機能に加えて、メモリカードとしての機能をも備えることとなる。もちろん、低コスト化などの理由により、メモリカードを省略して無線LANの機能のみにしてもよい。
このように、既存の無線通信モジュールのインターフェースと、SDIOコントローラのアプリケーションインターフェースとを適合させることにより、短期間かつ低コストでSDIO周辺機器を開発することができる。
(メモリを付加する利点)〜ファームウエアの共通化〜
なお、メモリデバイスを無線通信モジュール等メモリデバイス以外のアプリケーションとを同時に実装すると、ファームウエア等の共通化が可能となる利点がある。これについて説明する。
通常アプリケーション(無線通信モジュール等)には、ファームウエア等を記録するためのメモリを備えている。しかし、SDIOコントローラにメモリデバイスを内蔵しているときは、そのメモリデバイスの一部にアプリケーションのファームと、SDIOコントローラのファーム等とを、同じメモリに記録保持することが可能となる。なお、ファームウエアに限らず、その他必要な情報(CIS、CSA等)を保存しても良い。
このようにすると、SDIOコントローラのファームウエア等はメモリインターフェースを介してダウンロードされ、アプリケーションのファームウエア等はPCMCIAなどのインターフェースを介してダウンロードされる。これら一連のブートプログラムはSDIOコントローラのファームウエアの中に保存しておくとよい。
(その2)SDIO無線通信モジュール
図4(a)に示すように、上述した第1の例では、カード自体に無線通信モジュール(もちろん必要により、メモリなど他のアプリケーションを付加できる。)を内蔵したSDIO無線カード25を示した。ところで、現在では無線LAN機能を内蔵したPCなども開発されている。これらはPCMCIAのカードバスに接続するIEEE802.11bの無線LANモジュールが機器に内蔵されているものである。
もしこの無線通信LANモジュールを、PC以外の機器(例えばディジタルビデオ、ディジタルカメラ、PDAなど)に内蔵させようとすると、機器にPCMCIAコントローラ等を内蔵しなければならない。
ところが、デジタルカメラ等のモバイル機器が無線通信機能のためにPCMCIAコントローラを内蔵することは無用にコストを増大させる。
一方、デジタルカメラ等のモバイル機器のうち、SDIOカード対応のものは必然的にSDIOホストを内蔵している。
そこで、図4(b)に示すように、本発明に係るSDIOコントローラに無線通信機能を付加したものを1チップにモジュール化したSDIO無線通信モジュール26をホスト機器側に内蔵させることにより、PCMCIAコントローラを内蔵することなくホスト機器側に無線通信機能を内蔵させることが可能となる。
さらに、この場合、SDバスを分岐してSDIOスロット27を設けておくことにより、SDIOカード28により、メモリやその他の機能を実現することができる。
メモリと無線通信モジュールを一つのカードに納めると、そのカードのメモリ容量を増やすのは困難である。また、大容量のメモリ専用カードを別に持ちたい場合は、無線通信付きメモリカードと大容量のメモリ専用カードを交換しながら使用するか、あるいは両カードを同時に使えるようにSDホスト機器に2スロットを搭載しなければならない。
これに対して、無線通信モジュールは機器側に内蔵して、メモリその他の機能はSDIOカードが担保する構成を採用すると、SDIOスロットから先の周辺機器はエンドユーザーが選択的に必要な周辺機器を購入すればよいためユーザーにとっても、メーカー側にとっても便利である。
なお、本発明に係るSDIOコントローラは、多くのアプリケーションインターフェースを備えているため、各インターフェースに適合するソケット又はスロット等を設けることによりメモリの付加はコンパクトフラッシュ(登録商標)など、PCMCIAインターフェースを利用するなど、他のインターフェースを経由したメモリを利用することもできる。
(その他の実施例)
SDIOホスト機器に無線通信モジュールを設けるか、あるいは、無線通信機能を備えたSDIOカードを装着することにより、アクセスポイントエリア内などで、無線LANを利用したり、アドホックモードで他の機器と通信したり、あるいは、コードレスでインターネットに接続する電話(IPフォン)を実現することができる。
また、本発明に係るSDIOコントローラに各種アプリケーション(メモリ、PCMCIAカードスロット、UARTソケット等)と開発ソフトとを設け、開発環境を整備すると、国際規格で定められているSDIO規格の認定サービス業務などが可能となる。
図2に示すように、上述したSDIOコントローラ9と無線通信モジュール10とを実装しPCMCIAインターフェースを介して接続したものを、一つのカードに納めると、ホスト機器のSDIOスロットに装着できる無線通信カード11になる。なお、無線通信モジュールはIEEE802.xなど、標準化されたものが好ましい。
図3は、SDIOコントローラ10とIEEE802.11bの無線LANモジュール20とを一つのSDIOカードに納めた様子を示したものである。破線部は、IEEE802.11bの無線LANモジュール20を示している。このモジュールは、ミディアム・アクセス・コントローラ(MAC)およびベースバンド・プロセッサ(BBP)22と、RF制御部23とからなり、PCMCIAインターフェースを介してSDIOコントローラ10に接続されている。
無線通信モジュールとして、ブルートゥースモジュール利用する場合には、ブルートゥースの標準ポートであるHS−UARTを介して本発明に係るSDIOコントローラに接続すればよい。このように、本発明に係るSDIOコントローラは既に開発済みのアプリケーションモジュールをそのままSDアプリケーションとして利用することができるので、設計開発の労力及びコストを大幅に削減することができる。
さらに、本発明に係るSDIOコントローラは複数のアプリケーションインターフェースを備えているので、複数の無線通信モジュールを搭載しておけば、例えばアクセスポイントが利用できるときは無線LANに接続し、利用できないときはPHSなどで接続するように選択的に利用できるなどの利用方法も考えられる。
(変形例)SDIOコントローラ+無線通信モジュール+メモリデバイス
図3のように、SDIOコントローラのメモリインターフェース部3cに、フラッシュメモリ14aやEEPROM14bを設けてもよい。このようにすれば、この無線LANカードは、無線LANの機能に加えて、メモリカードとしての機能をも備えることとなる。もちろん、低コスト化などの理由により、メモリカードを省略して無線LANの機能のみにしてもよい。
このように、既存の無線通信モジュールのインターフェースと、SDIOコントローラのアプリケーションインターフェースとを適合させることにより、短期間かつ低コストでSDIO周辺機器を開発することができる。
(メモリを付加する利点)〜ファームウエアの共通化〜
なお、メモリデバイスを無線通信モジュール等メモリデバイス以外のアプリケーションとを同時に実装すると、ファームウエア等の共通化が可能となる利点がある。これについて説明する。
通常アプリケーション(無線通信モジュール等)には、ファームウエア等を記録するためのメモリを備えている。しかし、SDIOコントローラにメモリデバイスを内蔵しているときは、そのメモリデバイスの一部にアプリケーションのファームと、SDIOコントローラのファーム等とを、同じメモリに記録保持することが可能となる。なお、ファームウエアに限らず、その他必要な情報(CIS、CSA等)を保存しても良い。
このようにすると、SDIOコントローラのファームウエア等はメモリインターフェースを介してダウンロードされ、アプリケーションのファームウエア等はPCMCIAなどのインターフェースを介してダウンロードされる。これら一連のブートプログラムはSDIOコントローラのファームウエアの中に保存しておくとよい。
(その2)SDIO無線通信モジュール
図4(a)に示すように、上述した第1の例では、カード自体に無線通信モジュール(もちろん必要により、メモリなど他のアプリケーションを付加できる。)を内蔵したSDIO無線カード25を示した。ところで、現在では無線LAN機能を内蔵したPCなども開発されている。これらはPCMCIAのカードバスに接続するIEEE802.11bの無線LANモジュールが機器に内蔵されているものである。
もしこの無線通信LANモジュールを、PC以外の機器(例えばディジタルビデオ、ディジタルカメラ、PDAなど)に内蔵させようとすると、機器にPCMCIAコントローラ等を内蔵しなければならない。
ところが、デジタルカメラ等のモバイル機器が無線通信機能のためにPCMCIAコントローラを内蔵することは無用にコストを増大させる。
一方、デジタルカメラ等のモバイル機器のうち、SDIOカード対応のものは必然的にSDIOホストを内蔵している。
そこで、図4(b)に示すように、本発明に係るSDIOコントローラに無線通信機能を付加したものを1チップにモジュール化したSDIO無線通信モジュール26をホスト機器側に内蔵させることにより、PCMCIAコントローラを内蔵することなくホスト機器側に無線通信機能を内蔵させることが可能となる。
さらに、この場合、SDバスを分岐してSDIOスロット27を設けておくことにより、SDIOカード28により、メモリやその他の機能を実現することができる。
メモリと無線通信モジュールを一つのカードに納めると、そのカードのメモリ容量を増やすのは困難である。また、大容量のメモリ専用カードを別に持ちたい場合は、無線通信付きメモリカードと大容量のメモリ専用カードを交換しながら使用するか、あるいは両カードを同時に使えるようにSDホスト機器に2スロットを搭載しなければならない。
これに対して、無線通信モジュールは機器側に内蔵して、メモリその他の機能はSDIOカードが担保する構成を採用すると、SDIOスロットから先の周辺機器はエンドユーザーが選択的に必要な周辺機器を購入すればよいためユーザーにとっても、メーカー側にとっても便利である。
なお、本発明に係るSDIOコントローラは、多くのアプリケーションインターフェースを備えているため、各インターフェースに適合するソケット又はスロット等を設けることによりメモリの付加はコンパクトフラッシュ(登録商標)など、PCMCIAインターフェースを利用するなど、他のインターフェースを経由したメモリを利用することもできる。
(その他の実施例)
SDIOホスト機器に無線通信モジュールを設けるか、あるいは、無線通信機能を備えたSDIOカードを装着することにより、アクセスポイントエリア内などで、無線LANを利用したり、アドホックモードで他の機器と通信したり、あるいは、コードレスでインターネットに接続する電話(IPフォン)を実現することができる。
また、本発明に係るSDIOコントローラに各種アプリケーション(メモリ、PCMCIAカードスロット、UARTソケット等)と開発ソフトとを設け、開発環境を整備すると、国際規格で定められているSDIO規格の認定サービス業務などが可能となる。
以上のように、本発明に係るデバイスによると、SDIOホストと種々のアプリケーション(無線、GPS、メモリ等)とのインターフェース機能を備えた汎用性の高いSDIOコントローラ、及びその応用機器等を提供することができ、さらに、記録メディアデバイスのI/Oとソフトウエアの協調開発を可能にする。例えば、小型で低消費電力なSDIO対応の無線通信カードや、ホスト機器に搭載できるモジュールを容易に提供することができる。
Claims (8)
- SDIO規格に準拠するSDIOホストと複数のアプリケーションとをSDバスを経由して接続する1チップの半導体デバイスであって、以下の構成を含むことを特徴とするSDIOコントローラ:
a.SDIOホストから送られるコマンドを解読し必要な応答をSDIOホストに送るSDインターフェース部
b.一つ以上のアプリケーションインターフェース部
c.前記SDインターフェース部と前記アプリケーションインターフェース部間に一時記憶メモリ(R/W FIFO)メモリ - 請求項1記載のSDIOコントローラであって、このSDIOコントローラにおける前記アプリケーションインターフェース部は、PCMCIA又はPCカードバスインターフェース、UARTインターフェース、メモリインターフェースの少なくとも一つを含むもの。
- 請求項1記載のSDIOコントローラであって、このSDIOコントローラにおける前記一時記憶メモリは、各SDIOアプリケーションから読み出されたデータを一時的に保持する読み出し用メモリ(RFIFO)を前記アプリケーションインターフェースと同数又は少なくとも一つ備えていると共に、前記SDIOホストに送り出すデータを一時的に保持する書き込み用メモリ(WFIFO)を少なくとも一つ備えているもの。
- SDIO規格に準拠するSDIOホストと複数のアプリケーションとをSDバスを経由して接続する1チップの半導体デバイスであって、以下の構成を含むことを特徴とするSDIOコントローラ:
a.SDIOホストから送られるコマンドを解読し必要な応答をSDIOホストに送るSDインターフェース部
b.一つ以上のアプリケーションインターフェース部
c.前記SDインターフェース部と前記アプリケーションインターフェース部間に一時記憶メモリ(R/W FIFO)メモリ
d.データ制御を行うためのマイコン(MCU) - 請求項4記載のSDIOコントローラであって、このSDIOコントローラにおける前記マイコン(MCU)に対する制御信号を入出力するためのI/O(GPIO)を更に備えているもの。
- 請求項5記載のSDIOコントローラであって、このSDIOコントローラにSDバスを介して接続されるSDIOホストから送られるデータが少なくとも、読み出し或いは書き込みの対象となるレジスタアドレスと、操作の種類と、データの数と、任意の書き込みデータと、
を含む場合に、前記マイコン(MCU)がこのデータを解読し、アプリケーションインターフェース部を介して非連続レジスタへのアクセスを行うことを特徴とするもの。 - 請求項1又は請求項4記載のSDIOコントローラと、無線通信モジュールとが前記アプリケーションインターフェースを通じて接続され、SDIO規格に適合する1枚のカード筐体に納められた無線通信カード。
- 請求項1又は請求項4記載のSDIOコントローラと、SDIO無線通信モジュールとが前記アプリケーションインターフェースを通じて接続され、1つの半導体集積回路にモジュール化されたSDIO無線通信モジュール。
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