DE60132780T2 - Mehrere ausnehmbare nichtflüchtige speicherkarten mit serieller verbindung zu einem zentralrechner - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Leiterkarten bzw. Leiterplatten und ihre Verwendung in einem System mit einem oder mehreren Kartensockeln, die mit einer Hostvorrichtung verdrahtet sind, insbesondere kleine gekapselte Karten, die beträchtliche Mengen an wiederbeschreibbarem nichtflüchtigem Speicher, wie etwa Flash-EEPROM (elektrisch löschbarer und programmierbarer Festwertspeicher), enthalten, und das System, in dem sie arbeiten, wenn sie in mehrere Kartensockel herausnehmbar eingesteckt sind.
• Kleine Karten, die nichtflüchtige Halbleiter-Flash-EEPROM-Systeme enthalten, sind zur Speicherung mehrerer Megabytes an Daten von Personalcomputern, Notebooks, persönlichen elektronischen Assistenten, Mobiltelefonen, Kameras und anderen elektronischen Vorrichtungen, die eine entfernbare Datenspeicherung erfordern, beliebt geworden. Die Anwendungsmöglichkeiten solcher Speicherkarten nehmen sehr schnell zu, wobei sie aktuell zur Speicherung von Musik verwendet werden, die aus dem Internet heruntergeladen wird. Musikdaten werden normalerweise in komprimierter Form, wie etwa durch einen bekannten MP3-Algorithmus, über das Internet übertragen und in der komprimierten Form auf einer Karte zur späteren Dekomprimierung und Wiedergabe auf einer analogen Abspielvorrichtung gespeichert. Sehr kleine batteriebetriebene tragbare Abspielgeräte mit einem Speicherkartenschlitz (Sockel) beginnen, beliebt zu werden. Die Verwendung solcher Karten, um Video- und andere Daten mit hoher Kapazität zu speichern und zu übertragen, ist in der Zukunft wahrscheinlich, da die Bandbreite des Internets und der Verbindungen zu diesem zunimmt, während die Speicherkapazität der Speicherkarten zunimmt und die Effizienz von Datenkomprimierungsalgorithmen zunimmt.
• Eine Karte, die speziell für diese und andere Anwendungen angepasst ist, ist die MultiMediaCard (Multimedia-Karte, „MMC"), die nur 32 Millimeter lang, 24 Millimeter breit und 1,4 Millimeter dick ist. Die physischen und elektrischen Spezifikationen für die MMC sind in „The MultiMediaCard System Specification" ausgeführt, die von Zeit zu Zeit durch die MultiMediaCard Association („MMCA") in Cupertino, Kalifornien, aktualisiert und veröffentlicht wird. Insbesondere wird auf die Versionen 2.11 und 2.2 dieser Spezifikation vom Juni 1999 bzw. Januar 2000 Bezug genommen. MMC-Produkte mit unterschiedlicher Speicherkapazität von bis zu 64 Megabytes in einer einzigen Karte sind gegenwärtig von der SanDisk Corporation in Sunnyvale, Kalifornien, erhältlich. Diese Produkte sind in einem „MultiMediaCard Product Manual" (MMC-Produkthandbuch), Fassung 2 vom April 2000, beschrieben, das von der SanDisk Corporation veröffentlicht wurde. Bestimmte Aspekte des elektrischen Betriebs der MMC-Produkte sind auch in den gleichzeitig anhängigen Patentanmeldungen von Thomas N. Toombs und Micky Holtzman, Nr. 09/185 649 und 09/186 064, als US-Patent 6279114 bzw. US-Patent 6901457 veröffentlicht, beschrieben, die beide am 4. November 1998 angemeldet und auf die SanDisk Corporation übertragen worden sind. Die physische Kartenstruktur und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind im US-Patent Nr. 6040622 , übertragen auf die SanDisk Corporation, beschrieben.
• MMC-Produkte haben eine serielle Schnittstelle, die nur sechs elektrische Kontakte verwendet, einen für die Übertragung von Daten, einen zum Empfangen von Befehlen und Senden von Antworten (Statusanzeigen), einen zum Empfangen eines Taktsignals und drei zur Stromaufnahme. Ein Reservekontakt ist für eine zukünftige Verwendung einbezogen worden. Die geringe Anzahl der Kontakte vereinfacht die Verwendung der Karte mit Hostsystemen, insbesondere in tragbaren, und ermöglicht es, die Größe der Karten zu verringern. Natürlich ist die Rate, mit der Daten zu und von der Karte übertragen werden können, für eine gegebene Taktfrequenz durch die Verwendung eines einzigen Datenkontakts begrenzt, im Gegensatz zur parallelen Datenübertragung durch mehrere Kontakte, wie es in anderen größeren Speicherkarten mit unterschiedlichen Formaten geschieht. Hostsysteme stellen oft zwei oder mehr Sockel für die gleichzeitige Verwendung von zwei oder mehr MMC-Produkten bereit. Alle Datenkontakte mehrerer eingesteckter Speicherkarten sind durch eine einzige Leitung mit dem Hostprozessor verbunden, alle Befehls/Antwortkontakte sind ebenso durch eine einzige Leitung mit dem Hostprozessor verbunden, und alle Taktkontakte der Karten sind zusammen mit einer gemeinsamen Taktquelle verbunden.
• Es ist erforderlich, dass der Host als Teil einer Systeminitialisierungsroutine den einzelnen Karten, die in mehreren Systemsockeln eingesteckt sind, eine eindeutige Adresse zuweist. Eine eindeutige Kartenkennungs-(„CID"-)Nummer ist in einem Register jeder Karte durch ihren Hersteller derartig gespeichert, dass sie durch einen Host gelesen werden kann, aber diese Nummer hat eine sehr große Binärgröße. Da die Adresse einer Karte entweder jedem Befehl vorausgeht oder in das Argument für andere eingeschlossen ist, das über die einzige Befehls/Antwortleitung an alle Karten übertragen wird, kann zum Beispiel die Verwendung einer sehr großen Adresse den Betrieb des Mehrkartensystems beträchtlich verlangsamen. Die Übertragung der langen Herstellerkennung ist für die Adressierung einiger weniger Karten, die in einem herkömmlichen System verwendet werden, nicht notwendig. Zum Beispiel wird nur ein Bit benötigt, um zwei Karten zu adressieren, und zwei Bits für bis zu vier Karten. Darum wird bei der Initialisierung eine kleine relative Kartenadresse in ein internes Kartenregister geschrieben, das für diesen Zweck vorgesehen ist und als das relative Kartenadressregister („RCA") bezeichnet wird.
• Damit der Hostprozessor anfangs imstande ist, jede Karte zu adressieren, um wiederum solche Adressen zuzuweisen, befiehlt der Host allen Karten des Systems, gleichzeitig ihre Herstellerkennungscodes Bit für Bit zu übertragen, bis eine Kombination der Bits von allen Karten dazu führt, dass alle bis auf eine der Karten inaktiv werden. Die relative Adresse wird dann durch den Host in das RCA der einen verbleibenden Karte geschrieben und der Prozess wird danach für die übrigen Karten wiederholt, bis jede der Karten eine eindeutige, kleine Adresse erhalten hat. Diese Adressen werden dann anschließend durch den Host verwendet, um auf die Karten im System einzeln zuzugreifen. Diese Initialisierungstechnik wird in der internationalen Veröffentlichung nach dem Patentkooperationsvertrag („PCT") Nr. WO 97/38370 der Siemens Aktiengesellschaft weiter offenbart.
• Es wird erwartet, dass MMC-Produkte mit einer Datenspeicherkapazität von 128 Megabytes auf einer einzigen Karte in naher Zukunft handelsüblich sind. Diese höhere Kapazität und weit mehr ist gegenwärtig in anderen Flash-EEPROM-Karten handelsüblich, die größer als die MMC-Produkte sind. Bei Verwendung des aktuellen MP3-Komprimierungsalgorithmus kann über eine Stunde Musik auf einer einzigen 128-Megabytekarte gespeichert werden. Und wenn die Speicherkapazität solcher Karten weiter zunimmt und/oder Komprimierungsalgorithmen die Größe der Datendateien weiter verringern, können Musik von noch größerer Dauer und andere Arten digitaler Daten auf einzelnen Karten gespeichert werden. Wegen der vielen unterschiedlichen Möglichkeiten, die für die Verwendung kleiner nichtflüchtiger Speicherkarten in Betracht kommen, ist es erwünscht, die Flexibilität und Effizienz in ihrem Aufbau und bei ihrer Verwendung mit dem Internet und in Hostsystemen, die einen einzigen Kartensockel haben, zu maximieren, wie auch mit Hosts, die zwei oder mehr Sockel haben, um zwei oder mehr Speicherkarten gleichzeitig zu nutzen.
• Die unabhängigen Ansprüche werden über MMC-Karten charakterisiert.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einem Host und mindestens einem Sockel bereitgestellt, in dem mindestens eine aus einer Vielzahl von Leiterkarten auf einmal herausnehmbar eingesteckt ist, um eine elektrische Verbindung mit Kontakten auf der Karte zu bilden. Eine Charakteristik einer Anzahl ihrer Datenkontakte, durch die Daten parallel übertragbar sind, ist innerhalb der einzelnen elektronischen Leiterkarten gespeichert.
• Der Host wird veranlasst, die gespeicherte Charakteristik von der mindestens einen Karte, die in den mindestens einen Sockel eingesteckt ist, zu lesen, und Daten werden zwischen dem Host und der mindestens einen eingesteckten Karte über eine oder mehrere aus einer Vielzahl von Leitungen, die den Host mit dem mindestens einen Sockel verbinden, gemäß der in der einzelnen eingesteckten Karte gespeicherten Charakteristik übertragen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine gekapselte Karte mit einem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher bereitgestellt, der eine Vielzahl von Kontakten hat, die aufweisen: eine erste Gruppe von einem oder mehreren Kontakten, durch die Daten zwischen dem Speicher und einem externen Host simultan übertragbar sind, eine zweite Gruppe von einem oder mehreren Kontakten, die Befehle von einem externen Host zum Betreiben des Speichers empfangen und Signale an einen externen Host über den Status des Betriebs des Speichers senden, und eine dritte Gruppe von einem oder mehreren Kontakten, die ein Taktsignal empfangen, anhand dessen der Speicher arbeitet.
• Die Karte umfasst ein Registerfeld, das eine Angabe der Anzahl von Kontakten innerhalb der ersten Gruppe permanent speichert, und eine Schnittstellenschaltung, die verbunden ist, um durch die Anzahl von Kontakten der ersten Gruppe entsprechend der gespeicherten Angabe Daten aus dem Speicher zu lesen und Daten in diesen zu schreiben.
• Eine neue nichtflüchtige Speicherkarte ist entwickelt worden, die neben anderen Verbesserungen elektrische Kontakte hinzufügt, um die Datenübertragungsrate mit der Karte zu erhöhen, und die Art und Weise ändert, in der relative Adressen jeder der mehreren Karten eines Systems zugeordnet werden. Dieses neue Produkt wird als sichere digitale („SD"-)Speicherkarte bezeichnet und ist ein spezifisches Beispiel für eine Karte, welche die vorliegende Erfindung implementiert. Die Größe und Form der SD-Karte sind in Draufsicht vorzugsweise die gleichen wie bei der MMC, aber die Dicke der SD-Karte kann entweder die gleichen 1,4 Millimeter wie bei der MMC-Karte betragen oder kann größer als bei der MMC sein, zum Beispiel 2,1 Millimeter, wobei die externen Kontakte der SD-Karte ein wenig versenkt sind. Die SD-Karte enthält zusätzliche externe elektrische Kontakte, aber die Positionen der anderen Kontakte sind die gleichen wie bei der MMC-Karte, damit Sockel, die dafür ausgelegt sind, die SD-Karte aufzunehmen, ebenfalls die MMC-Karte aufnehmen. Die elektrische Schnittstelle mit der SD-Karte ist zudem dafür ausgelegt, größtenteils rückwärtskompatibel zum MMC-Produkt zu sein, das in Version 2.11 seiner oben angeführten Spezifikation beschrieben wurde, damit nur wenige Änderungen an der Arbeitsweise des Hosts vorgenommen werden müssen, um beide Kartentypen aufzunehmen.
• Die SD-Karte hat zwei oder mehr Datenkontakte statt eines einzigen Datenkontakts, wie er in MMC-Produkten verwendet wird. Zwei oder mehr Datenleitungen sind dann zwischen dem Hostprozessor und jedem der Kartensockel vorhanden, um zwei oder mehr Datenbits zwischen dem Host und einer adressierten Karte gleichzeitig zu übertragen. Durch den Host lesbare Information wird in jeder Karte permanent gespeichert, um die Anzahl der Datenkontakte der Karte anzugeben. Der Host passt sich dann an, um Daten zwischen sich und dieser Karte durch alle verfügbaren Datenleitungen zu übertragen, die die Karte unterstützt. Die Karten eines Mehrkartensystems müssen nicht alle die gleiche Anzahl von Datenkontakten aufweisen, da der Host Daten zwischen sich und unterschiedlichen Karten über eine unterschiedliche Anzahl der mehreren gemeinsamen Datenleitungen übertragen kann. Das modifizierte System kann mit existierenden MMC-Produkten arbeiten, indem Daten über nur eine der mehreren Datenleitungen übertragen werden. Dieser Aspekt der Erfindung findet auch in Systemen mit einem einzigen Kartensockel Anwendung, da Karten mit unterschiedlicher Anzahl von Datenkontakten ausgetauscht werden können und der Host sich an eine neue Karte anpasst, indem er ihre Charakteristik liest und die Datenübertragung über alle Datenleitungen des Systems, mit denen die Karte verbunden ist, konfiguriert.
• In einer Ausführungsform sind das Hostsystem und die Karten modifiziert, um zu bewirken, dass relative Adressen jeder von mehreren SD-Karten oder anderen Leiterkarten mit ähnlichen Hostschnittstellen in kürzerer Zeit zugewiesen werden, als derzeit für MMC-Produkte erforderlich ist. Insbesondere ist eine getrennte Befehls/Antwortleitung zwischen den Host und jeden der Kartensockel des Systems geschaltet. Der Host steuert dann während der Systeminitialisierung die Zuweisung eindeutiger relativer Adressen zu den Karten durch Kommunikation zwischen dem Host und jeder Karte über die einzelnen Befehls/Antwortleitungen der Karten. Nach dieser Initialisierung werden dann jedoch alle Sockel-Befehls/Antwortleitungen miteinander verbunden, so dass der Host mit allen Karten durch eine einzige Befehls/Antwortleitung auf die gleiche Art und Weise wie bei der MMC-Karte kommuniziert. Die MMC bleibt somit in diesem Aspekt ihres Betriebs nach der Initialisierung mit der SD-Karte kompatibel. Die SD-Karte wird vereinfacht, indem die Schaltungen mit offenem Drain eliminiert werden, die mit den Befehls/Antwortkontakten der MMC-Produkte verbunden sind. Diese neue Technik passt ein System, bei dem alle Kartensockel mit einer einzigen gemeinsamen Befehls/Antwortleitung verdrahtet sind, zu einem Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem an, und zwar für den begrenzten Zweck der Initialisierung jeder Karte mit einer relativen Adresse, die danach durch den Host verwendet wird, um mit den einzelnen Karten über die gemeinsame Befehls/Antwortleitung zu kommunizieren. Andere Methoden, um die Karten einzeln zu adressieren, wie etwa durch Hinzufügen einer Chip-Auswahlleitung zu jedem Sockel, würden weitere Modifikationen an den SD-Karten und der Host-Schnittstelle zu ihnen erfordern, so dass die MMC-Produkte somit nicht mit dem modifizierten System verwendet werden könnten.
• In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein serieller Datenstrom, wie etwa ein ein Bit breiter Strom, parallel über zwei oder mehr Datenwege (Leitungen) übertragen, indem eine festgelegte Anzahl von aufeinanderfolgenden Datenbits auf einmal, wie etwa ein Bit, abwechselnd durch jede der mehreren Datenleitungen nacheinander übertragen wird und dann der Datenstrom von den mehreren Leitungen durch Durchführung einer inversen Kombination von Datenbits von den mehreren Leitungen wiederhergestellt wird. Diese Technik ist nützlich, wenn es notwendig ist, sich an eine variable Anzahl von Datenleitungen anzupassen, insbesondere wenn Daten zwischen einem Host und einer spezifischen Speicherkarte über eine Anzahl von Datenleitungen, die der Anzahl der Datenanschluss- oder -kontaktstifte auf einer Karte entspricht, übertragen werden, wobei dies eine Anzahl ist, die von eins bis zu einem Vielfachen, wie etwa vier, variieren kann. In einer spezifischen Ausführungsform passt sich der Host an die Anzahl der Datenleitungen an, indem er diese Anzahl aus einem Register in einer adressierten Karte liest, bevor die Übertragung der Daten zwischen dem Host und dieser Karte beginnt.
• Jeder der vorhergehenden Ausführungsform kann allein genutzt werden, oder sie können in einem verbesserten Elektronikkartensystem kombiniert werden. Die bevorzugte Ausführungsform weist die Kombinierung serieller Kommunikation zwischen dem Host und mehreren Speicherkarten mit Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen diesen auf eine Art und Weise auf, welche die Leistungsfähigkeit und Flexibilität des Systems verbessert, während die Kompatibilität mit einem bestehenden System, das nur serielle Kommunikation zwischen diesen verwendet, erhalten bleibt.
• Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen derselben eingeschlossen, wobei diese Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden sollte, wobei diese folgendes zeigen:
• 1 zeigt eine bestehende MMC-Karte und einen Sockel, in den die Karte eingesteckt ist;
• 2 ist ein schematisches Blockschaltbild der bestehenden MMC-Karte von 1;
• 3 stellt ein bestehendes Speichersystem dar, das mehrere in 1 und 2 gezeigte MMC-Karten und Sockel verwendet;
• 4 zeigt ein Speichersystem, das mehrere Speicherkartensockel mit mehreren Befehls/Antwortleitungen, die mit ihnen verbunden sind, nutzt;
• 5A–D zeigen betriebsfähige Zustände eines Schaltelements des Systems von 4;
• 6 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb des Speichersystems von 4 und 5A–D zeigt;
• 7 zeigt eine Speicherkarte und einen Sockel, in den die Karte eingesteckt ist;
• 8 stellt ein Speichersystem dar, das mehrere Speicherkartensockel des in 7 gezeigten Typs verwendet und mehrere Datenleitungen hat, die mit ihnen verbunden sind;
• 9 zeigt eine Modifikation an einem Element der schematischen Darstellung der MMC-Karte von 2, die in der in 7 dargestellten Speicherkarte verwendet wird;
• 10A bis 10E stellen den Datenfluss durch das Speichersystem von 8 dar;
• 11 ist ein Ablaufplan, der einen Aspekt des Betriebs des Speichersystems von 7–9 darstellt; und
• 12 ist ein Ablaufplan, der einen weiteren Aspekt des Betriebs des Speichersystems von 7–9 darstellt.
• Mit Bezug auf 1 ist eine bestehende MMC-Karte 10 des oben im Hintergrund beschriebenen Typs in einen Schlitz 19 eines Sockels 20 einsteckbar. Die Karte 10 weist eine Reihe von sieben elektrischen Kontakten 11–17 in einer Oberfläche der Karte auf, die sich entlang einer ihrer kurzen Karten erstrecken. Der Sockel 20 weist sieben entsprechende Kontaktstifte 1–7 auf, die mit entsprechenden Leitungen 21–27 verbunden sind. Der Kartenkontakt 12 empfängt Befehlssignale von einem Host seriell und sendet eine Antwort (Statussignale) seriell an einen Host. Der entsprechende Sockelkontaktstift 2 ist somit mit einer Befehls/Antwort-(„CMD"-)Leitung 22 verbunden. Serielle Daten werden durch den Kartenkontakt 17 zur Speicherung in seinem nichtflüchtigen Speicher empfangen und serielle Daten werden durch den Kontakt 17 gesendet, wenn sie aus dem Speicher gelesen werden. Die Leitung 27, die mit dem Sockelkontaktstift 7 verbunden ist, der mit dem Kartenkontakt 17 in Eingriff tritt, ist die serielle Datenleitung („DAT") des Sockels. Diese beiden Leitungen 22 und 27 stellen zusammen mit der Taktsignal-Eingangsleitung 25, die mit dem Kartenkontakt 15 durch den Sockelkontaktstift 5 verbunden ist, eine Schnittstelle zu einem Hostrechner oder einer anderen Vorrichtung zum Betreiben des Speichersystems in der Karte 10 bereit. Drei Kartenkontakte 13, 14 und 16 empfangen eine Betriebsspannung von einem Hostsystem oder einer Hostvorrichtung, das/die durch entsprechende Sockelkontaktstifte 3, 4 und 6 mit externen Leitungen 23 („Vss"), 24 („Vdd") und 26 („Vss₂") verbunden ist. Der Kartenkontakt 11 und folglich der Sockelkontaktstift 1 und die Leitung 21 werden nicht verwendet, wurden aber für eine mögliche zukünftige Verwendung einbezogen.
• Einschlägige Abschnitte des Speicher- und Controllersystems innerhalb jeder MMC-Karte 10 sind in 2 dargestellt. Eine Anordnung 31 von Flash-EEPROM-Zellen stellt einen nichtflüchtigen Speicher für digitale Daten bereit. Ein Controller 33 verwaltet den Betrieb der Anordnung 31 und ist durch die Kartenkontakte 12–17 mit einem Hostsystem gekoppelt. Daten, die durch den Kontakt 17 seriell empfangen werden, werden in ein Register 35 geschrieben, parallel übertragen in einen zur Datenspeicherung dienenden Pufferspeicher 36, vom Puffer 36 zum Controller 33 und dann zur Speicherzellenanordnung 31 zur Speicherung darin. Umgekehrt werden Daten, die aus der Speicherzellenanordnung 31 gelesen werden, durch den Controller 33 in den Pufferspeicher 36 parallel übertragen und vom Pufferspeicher 36 parallel in das Register 35. Die gelesenen Daten werden dann aus dem Register 35 durch den Kartenkontakt 17 seriell übertragen.
• Entsprechend werden Befehle von einem Host durch den Kontakt 12 seriell gesendet und in einem Register 37 gespeichert und dann durch den Controller 33 parallel gelesen. Statusinformation wird durch den Controller 33 in das Register 39 parallel geladen, um danach durch den Kartenkontakt 12 seriell gelesen zu werden. Die Typen von Befehlen und Antworten, die auf diese Weise übertragen werden, sind vielfältig. Wenn zum Beispiel ein Host Daten in die Anordnung 31 schreiben möchte, sendet er durch die CMD-Leitung 22 einen Schreibbefehl, gefolgt von den zu schreibenden Daten, die durch die DAT-Leitung 27 gesendet werden. Nachdem die befohlene Schreiboperation abgeschlossen worden ist, schreibt der Controller 33 eine Statusangabe derselben in das Register 39, und der Host kann dann den Status lesen, um zu bestätigen, dass die befohlene Operation abgeschlossen worden ist.
• Mehrere andere Register sind in der MMC-Karte 10 vorgesehen, von denen drei in 2 gezeigt sind. Ein Speicherkartenkennungs-(CID-)Register 41 ist nicht durch den Benutzer überschreibbar, sondern ist vielmehr schreibgeschützt, um dem Host eine Kennung bereitzustellen, die für jede Karte eindeutig ist. Ein relatives Kartenadressregister RCA 42 wird in einem Mehrkartensystem während der Initialisierung, und wenn die Karte zu einem System hinzugefügt oder ersetzt wird, durch den Host mit einer Adresse beschrieben, die danach durch jede Karte verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Befehl auf der gemeinsamen CMD-Leitung 22 für diese Karte bestimmt ist oder nicht. Die relative Adresse muss nur einige wenige Bits lang sein, abhängig von der Anzahl der Karten innerhalb eines Systems, die eindeutige Adressen benötigen. Das ist viel kürzer als die eindeutige Herstellerkennung, die im CID-Register 41 gespeichert ist, und somit beschleunigt ihre Verwendung die Adressierung der Karte. Jeder Befehl vom Host wird durch die relative Adresse, die vorher in das RCA-Register 42 einer Karte im System geschrieben wird, begleitet bzw. schließt diese ein, und diese Karte antwortet dann, um den Befehl auszuführen, während die anderen Karten des Systems, in deren RCA-Register 42 andere relative Adressen geschrieben sind, nicht antworten.
• Ein kartenspezifisches Datenregister 43 („CSD") weist Information über das Datenformat, die Datenzugriffscharakteristik und ähnliche Information der bestimmten Speicheranordnung 31 und des Controllers 33 auf. Die meisten dieser Daten werden durch den Hersteller geschrieben und können somit nicht durch den Benutzer überschrieben werden. Die CSD-Registerdaten werden durch den Host verwendet, um seine Parameter bei der Kommunikation mit den Karten eines Systems festzulegen, einschließlich des Formats der zu übertragenden Daten, wie auf diese Daten zugegriffen wird und ähnliche Fragen.
• Ein solches Speichersystem ist in 3 dargestellt, wo eine Hostvorrichtung 51, die ein Personalcomputer, ein tragbarer Organizer, eine Digitalkamera, ein Audio-Wiedergabesystem oder eine ähnliche Art von Vorrichtung sein kann, über Leitungen 22–27 mit einer Vielzahl von Kartensockeln 53, 55 und 57, die entsprechende MMC-Karten 59, 61 und 63 aufnehmen, verbunden ist. Ein solches Mehrkartensystem weist mindestens zwei solcher Sockel und oftmals viele weitere auf. Wie oben erwähnt, werden Befehle und Antworten über eine einzige CMD-Leitung 22 übermittelt, die mit dem Kontaktstift 2 jedes der Sockel im System verbunden ist. Die eindeutige relative Adresse, die im RCA-Register 42 (2) einer der in die Sockel eingesteckten Karten 59, 61 oder 63 gespeichert ist, wird durch den Host 51 mit dem Befehl oder als Teil davon gesendet, um nur eine dieser Karten zu adressieren, damit sie den Befehl empfängt und danach verfährt. Ebenso werden Daten zwischen dem Host und den Karten über die einzige DAT-Leitung 21 übertragen, die mit dem Kontaktstift 7 jedes der Sockel verbunden ist. Ein Taktsignal konstanter Frequenz ist ebenfalls über eine einzige Leitung 25 vom Host mit dem Kontaktstift 5 jeder der Sockel verbunden (in 3 nicht gezeigt). Die MMC-Spezifikation fordert, dass der Takt bis zu 20 Megahertz beträgt.
• Die Methode, die gegenwärtig durch einen Host verwendet wird, um eine eindeutige relative Adresse in das RCA-Register 42 jeder Karte zu schreiben, verwendet eine Schaltungsanordnung innerhalb jeder Karte, die es dem Host ermöglicht, sie einzeln nacheinander zu adressieren, bevor irgendeine relative Adresse existiert. Der Host befiehlt jeder Karte, ein Bit nach dem anderen aus ihrer Herstellerkennungsnummer zu lesen, die permanent in das CID-Register 41 jeder Karte geschrieben ist. Jede Karte beeinflusst die Spannung auf der gemeinsamen Befehls/Antwortleitung 22 durch eine Schaltung mit offenem Drain gemäß einem Bit ihrer Kennungsnummer. Wenn sich diese Leitungsspannung von derjenigen unterscheidet, die durch den gelesenen Bitwert bewirkt würde, schaltet die Karte sich selbst in einen inaktiven Zustand um. Wenn der Host bestimmt, dass nur eine der Karten verbunden bleibt, schreibt er durch die Befehls/Antwortleitung 22 eine eindeutige relative Adresse in das RCA-Register 42 dieser Karte. Diese Karte trennt sich dann von der Befehls/Antwortleitung 22, und der Prozess geht für die verbleibenden Karten weiter, bis in das CID-Register jeder der Karten im System eine eindeutige relative Adresse geschrieben worden ist.
• BESCHREIBUNG VON SD-KARTE UND -SYSTEM
• VERWENDUNG VON MEHREREN BEFEHLS-/ANTWORTLEITUNGEN
• Ein modifiziertes System, das es erleichtert, mehreren Karten einzelne Adressen zuzuweisen, ohne die interne Schaltung der Karten auf irgendeine wesentliche Art und Weise ändern zu müssen, ist in 4 dargestellt, wo Bauelementen, die mit denen von 1–3 gemeinsam sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben worden sind. Ein Host 51' gleicht dem Host 51 (3), weist aber einen Controller 52 auf, der anders mit den Befehls/Antwortleitungen der Speicherkarte gekoppelt ist. Statt dass eine gemeinsame Befehls/Antwortleitung mit dem Kontaktstift 2 jedes der Sockel verbunden ist, sind getrennte Leitungen 71, 73 und 75 mit dem Kontaktstift 2 der jeweiligen Sockel 53, 55 und 57 verbunden. Jede der getrennten Befehls/Antwortleitungen 71, 73 und 75 ist ein Ausgang einer Umschaltlogik 65, die arbeitet, um eine einzige Befehls/Antwortleitung 67 des Controllers 52 zwischen den einzelnen Leitungen 71, 73 und 75 als Antwort auf ein Steuerungssignal vom Host in einer Schaltung 69 zu umzuschalten. Die zugelassenen Verbindungen der Umschaltlogik 65 sind in 5A–D gezeigt. Die Umschaltlogik 65 kann irgendeine der einzelnen Sockel-Befehls/Antwortleitungen 71, 73 oder 75 dafür auswählen, durch sie mit der Leitung 76 verbunden zu werden, wie jeweils in 5A–C gezeigt. In jedem dieser Fälle durchlaufen Signale in beiden Richtungen die Logik 65 zwischen der Leitung 67 und der ausgewählten der Leitungen 71, 73 oder 75. Bei einer anderen Verbindung, die in 5D dargestellt ist, sind alle Leitungen 71, 73, 75 und so weiter zusammen mit der Leitung 67 verbunden, um den Host zu befähigen, Befehle an alle Kartensockel gleichzeitig rundzusenden. Die Logik 65 ermöglicht jedoch vorzugsweise nur, dass eine Kartensockel-Befehls/Antwortleitung auf einmal mit der Leitung 67 verbunden ist, wenn der Host Antworten von einer Karte empfängt. Natürlich werden, obwohl drei einzelne Sockel-Befehls/Antwortleitungen dargestellt sind, nur zwei solche Leitungen verwendet, wenn das System nur zwei Kartensockel enthält. Wenn das System mehr als drei Kartensockel enthält, werden mehr als drei Befehls/Antwortleitungen verwendet, eine für jeden Sockel.
• Die Schritte, die durch das System ausgeführt werden, um zu bewirken, dass eine eindeutige relative Adresse in das RCA-Register jeder Karte geschrieben wird, die in die Sockel des Systems von 4 eingesteckt ist, sind in 6 dargestellt. Diese Routine wird durchgeführt, wenn ein System hochgefahren oder anderweitig initialisiert wird. Sie wird auch nach der Initialisierung durchgeführt, wenn eine neue Karte in einen Sockel eingesteckt wird, aber nur für diese eine Karte. Eine getrennte Kartenermittlungsschaltung (nicht gezeigt) ist zwischen den Host 51' und jeden der Kartensockel 53, 55 und 57 (4) geschaltet, um den Host darauf aufmerksam zu machen, wenn eine Karte eingesteckt oder entfernt wird.
• Ein erster Schritt 77 im Initialisierungsprozess besteht darin, zu bewirken, dass die Umschaltlogik 65 eine der Befehls/Antwortleitungen 71, 73 oder 75 mit der Leitung 67 verbindet. In einem nächsten Schritt 79 liest der Host 51' dann das CID-Register 41 jeder Karte aus, die in den Sockel eingesteckt ist, mit dem die ausgewählte Befehls/Antwortleitung verbunden ist. Obwohl der Zweck dieses Prozesses darin besteht, zu bestimmen, ob eine Karte in diesem Sockel existiert, was in einem Schritt 81 erfolgt, wird die CID durch den Host gelesen und gespeichert, da sie normalerweise Information über die Karte enthält, die der Host nutzen kann, um mit ihr zu kommunizieren. Wenn keine Karte in diesem Sockel ermittelt wird, wie durch einen Schritt 83 angegeben, dann wird die Logik 65 umgeschaltet, um eine andere der Befehls/Antwortleitungen 71, 73 oder 75 auszuwählen, und die Schritte 79 und 81 werden wiederholt, um zu bestimmen, ob eine Karte in dem Sockel vorhanden ist, mit dem die neu ausgewählte Befehls/Antwortleitung verbunden ist.
• Wenn eine Karte im adressierten Sockel ermittelt wird, fordert der Host eine relative Adresse von der Karte an, wie durch einen Schritt 84 angegeben. Davor hat die adressierte Karte in einer spezifischen Implementierung ihre eigene Adresse erzeugt und in ihr RCA-Register geschrieben. Der Host liest dann diese Adresse aus der Karte im adressierten Sockel und prüft eine Tabelle von Kartenadressen, die er führt, um zu sehen, ob die vorgeschlagene Adresse vorher einer anderen Karte zugewiesen worden ist, wie durch einen Schritt 85 angegeben. Wenn die vorgeschlagene Adresse als eindeutig bestimmt wird, bleibt sie im RCA-Register dieser Karte, und der Host fügt sie, wie durch einen Schritt 86 angegeben, zu einer Tabelle von Kartenadressen nach Sockelnummern hinzu, die er führt. In einem spezifischen Beispiel erzeugt die Karte eine 32-Bit-Adresse aus einem auf der Karte eingeschlossenen Zufallszahlgenerator. Mit diesen vielen Bits ist es unwahrscheinlich, dass eine Karte die gleiche Adresse vorschlägt wie eine andere, insbesondere im üblichen System, das nur wenige Karten hat. Aber wenn in Schritt 85 bestimmt wird, dass ein Konflikt mit einer früheren Adresse besteht, bewirkt der Host, dass die Karte eine andere Adresse erzeugt und in ihrem RCA-Register speichert, und wiederholt selbst die Schritte 84 und 85 mit Bezug auf die neue Adresse.
• Als eine Alternative dazu, dass jede Karte ihre eigene Adresse erzeugt, aber nicht vorzugsweise, könnte der Host jeder Karte eine eindeutige Adresse zuweisen, indem er jeweils eine Karte adressiert und eine eindeutige von vielen möglichen Adressen in das RCA-Register der adressierten Karte schreibt.
• Nachdem der Adressenzuweisungsprozess für eine Karte abgeschlossen worden ist, wird in einem nächsten Schritt, wie durch einen Schritt 87 angegeben, die Logik 65 entweder inkrementiert, um sich mit dem nächsten einzelnen Sockel zu verbinden (Schritt 83), oder wenn der Prozess für alle Sockel abgeschlossen worden ist, wird die Logik 65 in den in 5D gezeigten Zustand umgeschaltet, wie durch den Schritt 89 angegeben. Nachdem bestätigt worden ist, dass jede Karte in den Sockeln 53, 55 und 57 eine eindeutige relative Adresse in ihr RCA-Register geschrieben hat, wird das System wieder zu dem in 3 dargestellten Zustand konfiguriert, indem alle Befehls/Antwortleitungen 71, 73 und 75 miteinander verbunden werden. Der Host sendet dann gleichzeitig Befehle an alle Karten im System über alle Leitungen CMD1, CMD2 und CMDn, wie im Fall des MMC-Systems, ist aber wegen des Charakters der Umschaltlogik 65 so verbunden, dass Antwortsignale von nur einer Karte gleichzeitig empfangen werden.
• Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, dass die SD-Karte vereinfacht werden kann, indem die Schaltungsanordnung eliminiert wird, die in der MMC verwendet wird, um zu bewirken, dass während der Initialisierung jede Karte nacheinander adressiert wird. Gleichzeitig können vorhandene MMC-Karten ebenfalls im System von 4 und 5 verwendet werden. Wenn dies erwünscht ist, erkennt der Host, ob sich eine SD-Karte oder eine MMC-Karte in jedem der Sockel seines Systems befindet, wie etwa anhand der CID, die aus jeder Karte gelesen wird. Der Host wendet dann die Kommunikationsprotokolle und Routinen für jeden Sockel an, die für die Karte in diesem Sockel geeignet sind. Zum Beispiel sind die Adressenzuweisungsroutine und eine Kartenrücksetzoperation unterschiedlich, wie auch andere Abläufe. Da die Taktrate der SD-Karte erhöht werden kann, bis zu 25 Megahertz, sucht der Host die niedrigere Taktrate der MMC-Karte aus, wenn eine im System verwendet wird. Wenn der Host mit der Fähigkeit zur Arbeit mit beiden Kartentypen ausgestattet ist, muss der Benutzer nicht unterscheiden, ob die in einen der Systemsockel eingesteckte Speicherkarte eine neue SD-Karte oder eine existierende MMC-Karte ist.
• Die einzelnen Sockel-Befehls/Antwortleitungen des Systems von 4 und 5 könnten alternativ dafür verwendet werden, alle Befehle an einzelne Sockel zu richten, statt dass sie die relative Adresse mit den Befehlen oder als deren Teil aufweisen, wie es jetzt im MMC-System geschieht, aber das neue System wäre dann nicht mit den MMC-Karten kompatibel und würde erfordern, dass der Host mit jedem Kartentyp ganz anders kommuniziert.
• Ein anderer Vorteil des Systems der neuen SD-Karte ist der, dass der Host den Sockel kennt, in den eine Karte mit einer gegebenen Adresse eingesteckt wird. Das liegt daran, dass die Adresse in das RCA-Register einer Karte geladen wird, während die CMD-Leitung zu diesem Sockel aktiv ist. Das macht es einfacher, die Situation zu bewältigen, wenn eine Karte ersetzt wird oder eine neue Karte hinzugefügt wird. Mit der SD-Karte muss nur der neuen Karte als Teil ihrer Initialisierung eine Adresse zugewiesen werden. Im MMC-System kann der Host, da nur eine einzige CMD-Leitung existiert, den Sockel nicht kennen, in den eine bestimmte Karte eingesteckt ist. Das Austauschen oder Hinzufügen einer Karte zu einem MMC-System macht es notwendig, alle Karten im System zu initialisieren, wodurch eine Verzögerung bewirkt wird, bevor das System weiterarbeiten kann.
• WÄHLBARE DATENBUSBREITE
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 7–12 gezeigt, worin das Datenübertragungsmerkmal der neuen SD-Karte beschrieben wird. Die Rate, mit der Daten zwischen dem Host und einer einzelnen Karte übertragen werden, wird erhöht, indem die Anzahl der mit jedem Kartensockel verbundenen Datenleitungen, über die Daten gleichzeitig übertragen werden, erhöht wird. In diesem Beispiel sind vier Datenleitungen gezeigt, die dazu beitragen, die Datenübertragungsrate bis zum Vierfachen zu erhöhen. Zwischen einem Host und einer MMC-Karte werden Daten nur über eine der mehreren Datenleitungen übertragen. In der spezifischen Implementierung der SD-Karte beträgt die Anzahl der auf einmal verwendeten Datenleitungen entweder eins oder vier.
• Die SD-Karte 90 und der entsprechende Sockel 100 sind in 7 gezeigt. Obwohl die erste Anordnung, die oben mit Bezug auf 4–6 beschrieben ist, mit einer Karte implementiert werden kann, die die gleiche Anzahl von Kontakten wie die MMC-Karte 10 von 1 hat, bewirkt diese Ausführungsform, dass die SD-Karte eine erhöhte Anzahl von elektrischen Kontakten hat. Die SD-Karte 90 hat die gleichen Kontakte 11–17 wie die MMC-Karte 10 von 1, und zwar an den gleichen relativen Positionen, hat aber auch zwei neue Kontakte 91 und 92, die zur Übertragung von Daten hinzugefügt sind. Der Reservekontakt 11 der MMC-Karte wird nunmehr ebenfalls durch die SD-Karte zur Datenübertragung verwendet. Somit werden vier Kontakte 11, 17, 91 und 92 durch die SD-Karte zur Übertragung von Daten in und aus dem Speicher innerhalb der Karte 90 verwendet. Ein entsprechender Sockel 100 (7) hat ebenso die gleichen Kontaktstifte 1–7 wie der Sockel 20 von 1 plus zwei zusätzliche Kontaktstifte 8 und 9. Das Ergebnis sind vier Datenleitungen 27 (Kontaktstift 7), 101 (Kontaktstift 8), 102 (Kontaktstift 9) und 21 (Kontaktstift 1), die mit jedem Kartensockel verbunden sind.
• Das modifizierte System ist in 8 gezeigt, wo ein Host 51'' dafür modifiziert worden ist, die gleichzeitige Übertragung von Daten über mehr als eine Datenleitung zu jedem von mehreren Sockeln 104, 106 und 108 zu ermöglichen, die jeder den Aufbau des Sockels 100 (7) haben. Die vier Datenleitungen 21, 27, 101 und 102 sind durch Umschaltlogikschaltungen 110, 111, 112 und 113 gemeinsam mit jedem der Sockel und einem Multiplexer 105 verbunden. Ein einziger Strom von Daten auf einer Leitung 107, der in einer Karte gespeichert werden soll, die in einen der Sockel 106–108 eingesteckt ist, wird alternativ durch den Multiplexer zwischen den vier Umschaltlogikschaltungen 110–113 in zeitlicher Reihenfolge umgeschaltet, und zwar als Antwort auf ein Steuerungssignal vom Hostcontroller 52' auf einer Leitung 109. Ebenso wird, wenn Daten von einer Karte gelesen werden, ein solcher einziger Datenstrom auf der Leitung 107 zusammengestellt, indem der Multiplexer 105 zwischen den Schaltungen 110–113 umschaltet.
• Eine der Umschaltlogikschaltungen 110–113 ist für jeweils eine der die mehreren Datenleitungen vorgesehen, die mit den Kartensockeln verbunden sind, und zwar die Schaltung 110 für die Datenleitung DAT 0, die Schaltung 111 für die Datenleitung DAT 1, die Schaltung 112 für die Datenleitung DAT 2 und die Schaltung 113 für die Datenleitung DAT 3. Sie werden durch Signale auf den Leitungen 114 zum Hostcontroller 52' gesteuert. Während einer Schreiboperation auf einer Karte in irgendeinem der mehreren Sockel 104, 106 und 108 sind bei jeder der Umschaltlogikschaltungen 110–113 alle vier ihrer Ausgänge mit ihrem Eingang verbunden. Somit werden zu schreibende Daten an alle Sockel rundgesendet. Wenn Daten von einer der Karten gelesen werden, wird jede der Schaltungen 110–113 umgeschaltet, um mit der Eingangsleitung nur die Ausgangsleitung zu verbinden, die mit dem Sockel verbunden ist, in dem die Speicherkarte, die gelesen wird, eingesteckt ist.
• Um die mehreren Datenleitungen unterzubringen, sind das Datenregister 35 von 2 und seine Arbeitsweise in der SD-Karte in einem spezifischen Beispiel auf eine Art und Weise modifiziert, die in 9 und 10A–E gezeigt ist. Während des Schreibens erzeugt der Hostcontroller 52' (8) einen einzigen Datenstrom auf der Leitung 107. Ein solcher Strom ist in 10A dargestellt, wo die Buchstaben A, B, C und so weiter jeweils ein Datenbit verkörpern. Der Multiplexer 105 verbindet die logischen Schaltungen 110–113 nacheinander mit der Leitung 107 für die Übertragung nur eines Bits. Dies ist in 10B für den Fall einer Speicherkarte mit vier Datenkontakten angegeben und somit, wenn alle vier der Datenleitungen DAT 0, DAT 1, DAT 2 und DAT 3 verwendet werden. Der Multiplexer 105 sendet das erste Bit A über die Datenleitung DAT 0, das zweite Bit B über die Datenleitung DAT 1, das dritte Bit C über die Datenleitung DAT 2 und das vierte Bit D über die Datenleitung DAT 3 und beginnt dann von vorn, indem er das Bit E an die Datenleitung DAT 0 sendet und so weiter. Dieser vier Datenströme werden durch das Datenregister 35' empfangen und wieder zu der Datenfolge von 10A zusammengestellt, die dann durch die Schaltungen 38' zu einem Datenpuffer wie dem Puffer 36 von 2 parallel übertragen wird. Jeder einzelne serielle Datenstrom wird vorzugsweise über seine jeweilige Datenleitung gesendet, indem seine Bits zu Blöcken zusammengefasst werden, die jeweils auch Bits für die zyklische Redundanzprüfung („CRC") aufweisen, die aus den Daten der Blöcke berechnet werden. Jeder Block weist in einem spezifischen Beispiel ein Startbit auf, dann die Daten, gefolgt vom CRC, und dann ein Stopbit.
• Obwohl die Datenübertragungsrate jeder der Datenleitungen begrenzt ist, erhöht die gleichzeitige Übertragung von Daten über mehrere Datenleitungen diese Rate um ungefähr ein Vielfaches, das gleich der Anzahl der Datenleitungen ist. Wenn zum Beispiel zwei Datenleitungen verwendet werden, wird ein Datenstrom, der in 10C dargestellt ist und die Hälfte der Rate dessen von 10A hat, auf der Leitung 107 übergeben. Der Multiplexer 105 schaltet dann diesen Strom zwischen den Datenleitungen DAT 0 und DAT 1 um, was zu Datenströmen führt, wie sie in 10D dargestellt sind. Das Datenregister 35' in einer adressierten Karte stellt dann die beiden Ströme DAT 0 und DAT 1 wieder zu demjenigen von 10C zusammen und überträgt die Daten parallel über die Leitungen 38'. Wenn nur eine Datenleitung verwendet wird, bleibt der Multiplexer 105 mit einer einzigen Datenleitung verbunden, wie etwa DAT 0, über die ein Datenstrom auf der Leitung 107 gerichtet wird, und zwar mit einer reduzierten Datenrate, wie in 10E gezeigt.
• Umgekehrt werden, wenn Daten aus dem Speicher gelesen werden, die Daten parallel in das Register 35' geladen und über die Datenleitungen mit einem der in 10B, 10D oder 10E angegebenen Formate gesendet, abhängig von der Anzahl der verwendeten Datenleitungen. Wenn die Daten über mehr als eine der Datenleitungen gesendet werden, schaltet der Multiplexer 105 zwischen den verwendeten Datenleitungen hin und her, was zu einem Strom von Daten auf der Leitung 107 führt, der demjenigen von 10A, 10C oder 10E entspricht, abhängig von der Anzahl der verwendeten Datenleitungen.
• Es ist erwünscht, dass das System in 8 imstande ist, Karten mit einer veränderlichen Anzahl von Datenleitungskontakten aufzunehmen, eins, zwei oder irgendeine andere Anzahl bis zur Anzahl der im System bereitgestellten Datenleitungen (in diesem Beispiel vier solcher Leitungen), und imstande ist, solche Karten im System frei miteinander zu mischen und zu tauschen. Für einige Anwendungen ist die hohe Datenübertragungsrate nicht erforderlich, die durch die Anzahl der Datenleitungen eines Systems, in diesem Fall vier, bereitgestellt wird. Für diese Anwendungen wird eine Version der SD-Karte mit einer geringeren Anzahl von Datenkontaktstiften hergestellt. Eine begleitende Verringerung des Umfangs der Schnittstellenschaltung in der Karte tritt ebenfalls auf, und somit werden die Kosten der Karte verringert. Karten mit zwei aktiven Datenkontaktstiften sind nützlich, ebenso wie jene mit nur einem.
• Um imstande zu sein, Karten mit unterschiedlichen Anzahlen von Datenleitungen im gleichen System zu verwenden, wird vorzugsweise ein schreibgeschütztes Feld in den einzelnen Karten bereitgestellt, das durch den Host gelesen wird, um zu bestimmen, über wie viele Datenleitungen er mit dieser Karte kommunizieren kann. In einer spezifischen Implementierung ist dies in ein SD-Kartenkonfigurationsregister („SCR") eingeschlossen, das zu den in 2 gezeigten Registern für die MMC-Karte hinzugefügt wird. Der Host 51'' liest dieses Feld beim Hochfahren, bei einer Initialisierung zu irgendeinem anderen Zeitpunkt oder wann immer eine neue Karte in einen Sockel eingesteckt wird, und danach überträgt er Daten, die an jede Karte adressiert sind, über die Anzahl der Datenleitungen, die diese Karte aufnehmen kann. Aber da einige Kosten damit verbunden sind, die für jede hinzugefügte Datenleitung notwendige zusätzliche Schaltungsanordnung bereitzustellen, sind einige Karten dafür ausgelegt, mit einer geringeren Anzahl von Datenleitungen zu arbeiten. Umgekehrt kann der Host dafür ausgelegt sein, mit einer geringeren Anzahl von Datenleitungen als möglich zu arbeiten. Wenn die hinzugefügte Geschwindigkeit der Datenübertragung für eine bestimmte Anwendung nicht notwendig ist, dann können die hinzugefügte Komplexität und die Kosten zur Bereitstellung der höheren Datenübertragungsraten vermieden werden, sowohl bei den Karten als auch in den Hostsystemen.
• Die Fähigkeit, die Breite des Datenbusses zwischen einem Host und einer oder mehreren Speicherkarten dynamisch auszuwählen, führt dazu, dass der Host imstande ist, die Übertragungsrate der Daten zwischen sich und jeglichen in das System eingesteckten Speicherkarten zu maximieren. Obwohl sicherlich andere Methoden zum Aufbrechen eines Datenstroms zwischen den mehreren Datenleitungen möglich sind, werden die oben beschriebenen und in 10A–10E dargestellten Methoden für die Anpassung des Hosts an Karten mit unterschiedlichen Datenbusbreiten bevorzugt, um dies dynamisch zu tun, wenn Karten ausgetauscht oder hinzugefügt werden, und sogar mit jeder aus einer Mischung von Karten mit unterschiedlichen Busbreiten zu kommunizieren, indem die maximale Anzahl von Datenleitungen der einzelnen Karten verwendet wird. Eine andere Technik besteht im abwechselnden Senden von Paketen aus mehreren aufeinanderfolgenden Datenbits entlang jeder Datenleitung. Aber dies erfordert einen gewissen Steuerungsaufwand, um die Übersicht über die Pakete und dergleichen zu behalten. Es ist einfacher, wenn aufeinanderfolgende Bits eines Datenstroms sich jeweils als einzelne Bits über mehrere parallele Datenwege abwechseln, wie oben beschrieben, insbesondere dann, wenn sich das System an Karten mit unterschiedlichen Anzahlen von Datenleitungen anpassen muss. Natürlich hat diese Datenübertragungstechnik auch andere Anwendungsmöglichkeiten als die hier beschriebenen Speichersysteme.
• Der Ablaufplan von 11 stellt eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Speichersystems von 7–10E dar, bei dem der Host 51'' die Anzahl der Datenleitungen feststellt, mit der jede in den zwei oder mehr Sockeln 104, 106 und 108 installierte Karte betrieben werden soll. In einem ersten Schritt 121 adressiert der Host eine der Karten über die Befehls/Antwortleitung 22 durch die relative Adresse der Karte, die bereits in ihr RCA-Register 42 (2) geschrieben worden ist. Als nächstes wird in einem Schritt 123 die Anzahl der Datenleitungen für die Karte durch den Host aus ihrem SCR-Register gelesen. Diese Anzahl wird dann durch den Host gespeichert, wie durch einen Schritt 125 angezeigt, vorzugsweise in Tabellenform. Wenn alle Karten in den Sockeln des Systems gelesen worden sind, endet der Prozess, aber wenn nicht, adressiert ein Schritt 129 eine andere Karte des Systems und die Schritte 123 und 125 werden für diese andere Karte wiederholt.
• 12 ist ein Ablaufplan, der darstellt, wie der Host 51'' die gespeicherten Daten der Anzahl der Datenleitungen für die Karten im System verwendet. Immer wenn ein bestimmter Kartensockel durch den Host adressiert wird, wie durch einen Schritt 131 angegeben, liest der Host die Anzahl der Datenleitungen für diese Karte aus einer internen Tabelle, die durch den Prozess von 11 aufgebaut wurde. Dies ist durch einen Schritt 133 angegeben. Der Host betätigt dann den Multiplexer 105, wie durch einen Schritt 135 angegeben, um Daten über die Anzahl der vier Datenleitungen DAT 0, DAT 1, DAT 2 und DAT 3, die aus der Tabelle gelesen werden, zu übertragen. In einem nächsten Schritt 137 werden Daten über diese Anzahl von Datenleitungen übertragen, entweder zur oder von der Karte. Im Fall einer Karte mit nur einer Datenleitung tauscht der Host in einem spezifischen Beispiel Daten mit der Karte vorzugsweise über die Leitung 27 (DAT 0) aus, da diese den gleichen Kartenkontakt 17 wie die MMC-Produkte nutzt, wodurch das System mit MMC-Karten kompatibel gemacht wird. MMC-Karten können im System von 8–10E ebenso wie die SD-Karten genutzt werden. Der Host kommuniziert während der Initialisierung vorzugsweise nur über die Leitung DAT 0 mit jeder Karte, um zu bestimmen, ob die Karte eine MMC- oder SD-Karte ist, und wenn sie eine SD-Karte ist, um die Anzahl der Datenleitungen, die sie verwendet, und andere Information über die Karte, die ermöglicht, dass das System effizient arbeitet, zu bestimmen.
• Das System von 8 kann entweder eine einzige Befehls/Antwortleitung 22 (nicht gezeigt) gemäß dem MMC-Aufbau oder das System mit mehreren Befehls/Antwortleitungen, das oben mit Bezug auf 4–6 beschrieben wurde, verwenden. Diese Wahl beeinflusst die Struktur oder Schaltungsanordnung der Karte nicht.
• Obwohl die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen derselben beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die Erfindung innerhalb des vollen Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche Anspruch auf Schutz hat. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf ein System mit irgendeiner bestimmten Anzahl von Datenleitungen oder Speicherkarten begrenzt, da die in der vorhergehenden Beschreibung verwendeten Anzahlen nur zu Darstellungszwecken ausgewählt worden sind.

Claims (17)

1. Verfahren zum Betreiben eines Systems, das einen Host (51', 51'') und mindestens einen Sockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) aufweist, in den mindestens eine aus einer Vielzahl von elektronischen Leiterkarten (59, 61, 63, 90) zu einer Zeit herausnehmbar einsteckbar ist, um eine elektrische Verbindung mit Kontakten der Karte (59, 61, 63, 90) herzustellen; gekennzeichnet durch: in den einzelnen elektronischen Leiterkarten (59, 61, 63, 90) erfolgendes Speichern einer Charakteristik einer Anzahl ihrer Datenkontakte (11–17, 91, 92), durch die Daten parallel übertragbar sind; Bewirken, dass der Host (51', 51'') die gespeicherte Charakteristik von der mindestens einen Karte (59, 61, 63, 90) liest, die in den mindestens einen Sockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) eingesteckt ist, und Übertragen von Daten zwischen dem Host (51', 51'') und der mindestens einen eingesteckten Karte (59, 61, 63, 90) über eine oder mehrere aus der Vielzahl von Leitungen, die den Host (51', 51'') mit dem mindestens einen Sockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbinden, entsprechend der Charakteristik, die in der einzelnen eingesteckten Karte (59, 61, 63, 90) gespeichert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Host (51', 51'') ein Taktsignal an den mindestens einen aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) übergibt, um eine eingesteckte Karte (59, 61, 63, 90) mit einer gemeinsamen Taktfrequenz zu betreiben, ungeachtet der Anzahl von Leitungen, über die Daten gleichzeitig mit derselben übertragen werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die elektronische Leiterkarte (59, 61, 63, 90) einen wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher (31) aufweist, in dem die übertragenen Daten gespeichert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Host (51', 51'') bestimmt, ob die eine eingesteckte Karte (59, 61, 63, 90) eine MMC-Karte ist, und wenn ja, diese Daten über nur eine aus der Vielzahl von Datenleitungen an den mindestens einen Sockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) überträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Übertragen von Daten zwischen dem Host (51', 51'') und der mindestens einen eingesteckten Karte (59, 61, 63, 90) den Schritt aufweist: Dirigieren einzelner Bits eines seriellen Datenstroms nacheinander durch eine Anzahl der Datenleitungen entsprechend der Charakteristik, die in der einen eingesteckten Karte (59, 61, 63, 90) gespeichert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System eine Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) aufweist, in denen elektronische Leiterkarten (59, 61, 63, 90) mechanisch einsteckbar und elektrisch verbindbar sind, wobei das Verfahren ferner umfasst: Übertragen von Daten zwischen dem Host (51', 51'') und einer Karte (59, 61, 63, 90), die über eine Befehlsverbindung adressiert wird, wenn sie mit allen aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, durch eine Datenverbindung, die auch mit allen aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist; und normales einzelnes Übertragen von Befehlen, die den Betrieb der elektronischen Leiterkarten (59, 61, 63, 90) steuern, vom Host (51', 51'') an eine einzelne Karte (59, 61, 63, 90) über die Befehlsverbindung, wenn sie mit allen aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, außer wenn eindeutige Adressen der einzelnen Karten durch Kommunikation zwischen dem Host (51', 51'') und den Karten (59, 61, 63, 90) definiert sind, über die Befehlsverbindung, die alternativ mit jeweils nur einem aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist.
7. Gekapselte Karte mit einem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher (31), der eine Vielzahl von Kontakten (11–17, 91, 92) hat, die aufweisen: eine erste Gruppe von einem oder mehreren Kontakten (11–17, 91, 92), durch die Daten zwischen dem Speicher (31) und einem externen Host (51', 51'') simultan übertragbar sind, eine zweite Gruppe von einem oder mehreren Kontakten (12), die Befehle von einem externen Host (51', 51'') zum Betreiben des Speichers (31) empfangen und Signale an einen externen Host (51', 51'') über den Status des Betriebs des Speichers (31) senden, und eine dritte Gruppe von einem oder mehreren Kontakten (15), die ein Taktsignal empfangen, anhand dessen der Speicher (31) arbeitet, gekennzeichnet durch: ein Registerfeld, das eine Angabe der Anzahl von Kontakten in der ersten Gruppe (11, 17, 91, 92) permanent speichert; und eine Schnittstellenschaltung, die verbunden ist, um durch die Anzahl von Kontakten der ersten Gruppe entsprechend der gespeicherten Angabe Daten aus dem Speicher (31) zu lesen und Daten in diesen zu schreiben.
8. Karte nach Anspruch 7, wobei die gekapselte Karte 32 Millimeter lang, 24 Millimeter breit und entweder 1,4 oder 2,1 Millimeter dick ist.
9. Vielzahl von Karten, jeweils nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Anzahl der Kontakte (11, 17, 91, 92) in der ersten Gruppe und die entsprechende gespeicherte Angabe mindestens zwei verschiedene Zahlen aufweisen.
10. Vielzahl von Karten nach Anspruch 9, wobei die mindestens zwei verschiedenen Zahlen eins und vier aufweisen.
11. Speichersystem, umfassend: A) eine Vielzahl von gekapselten Speicherkarten nach Anspruch 7 und ferner mit: einem Controller des Speichers (31); wobei die Vielzahl von elektrischen Kontakten auf einer Außenfläche der Karte angeordnet ist; wobei nur einer der Kontakte (12) angeordnet ist, um Befehle zur Steuerung des Betriebs des Controllers und des Speichers zu empfangen und um eine Antwort zu senden; einer Vielzahl von Registern, die durch Befehlssignale, die durch den Befehl/Antwort-Kontakt (12) empfangen werden, programmierbar sind und durch Antwortsignale, die durch den Befehl/Status-Kontakt (12) gesendet werden, lesbar sind, mit einem programmierbaren Adressregister, B) eine Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108), die einzeln eine aus der Vielzahl von Karten (59, 61, 63, 90) aufnehmen, wobei die Sockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) einzeln aufweisen: mindestens einen ersten Anschlussstift (21, 27, 101, 102), der positioniert ist, um mit dem mindestens einen Datenkontakt (11, 17, 91, 92) einer dort eingesteckten Karte (59, 61, 63, 90) Verbindung herzustellen, wobei die ersten Anschlussstifte (21, 27, 101, 102) der einzelnen Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) zu einer gemeinsamen mindestens einen Datenleitung miteinander verbunden sind, einen zweiten Anschlussstift (22), der positioniert ist, um mit dem lediglich einen Befehl/Antwort-Kontakt (12) einer dort eingesteckten Karte (59, 61, 63, 90) Verbindung herzustellen, wobei die zweiten Anschlussstifte (22) der einzelnen Sockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) zu einzelnen Befehl/Antwortleitungen verbunden sind, einen dritten Anschlussstift (25), der positioniert ist, um mit dem Taktsignalkontakt (15) einer dort eingesteckten Karte (59, 61, 63, 90) Verbindung herzustellen, wobei die dritten Anschlussstifte (25) der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) zu einer gemeinsamen Taktsignalleitung miteinander verbunden sind, und C) eine Hostvorrichtung (51', 51''), die verbunden ist, um Daten auf der mindestens einen gemeinsamen Datenleitung zu senden und zu empfangen, um ein Taktsignal auf der gemeinsamen Taktsignalleitung zu senden und um im Normalfall gleichzeitig Betriebsbefehle an eine einzelne der Karten (59, 61, 63, 90) zu senden und Antwortsignale von dieser zu empfangen, und zwar über alle einzelnen Befehl/Antwort-Leitungen unter Einbeziehung einer Adresse der einzelnen Karte (59, 61, 63, 90), außer wenn unterschiedliche Adressen in den Adressregistern der Vielzahl von Karten (59, 61, 63, 90) durch jeweils nur eine der einzelnen Befehl/Antwort-Leitungen bestätigt werden.
12. Speichersystem nach Anspruch 11, wobei die mindestens eine gemeinsame Datenleitung zwei oder mehr Datenleitungen aufweist, wobei die Speicherkarten angeordnet sind, um eine Antwort der Anzahl von Kontakten (11, 17, 91, 92), die Daten zum Kartenspeicher (31) und von diesem transportieren, einzeln bereitzustellen, wobei diese Antwort der Karten (59, 61, 63, 90), die in die Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) eingesteckt sind, durch den Host (51', 51'') über die Befehl/Antwort-Leitungen lesbar sind, wobei der Host (51', 51'') verbunden ist, um Daten mit den Speicherkarten (59, 61, 63, 90), die in jeden aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) eingesteckt sind, über eine oder mehrere der zwei oder mehr Datenleitungen zu übertragen, die durch die Antwortzahlen bestimmt werden, die durch den Host von den jeweiligen Karten (59, 61, 63, 90) gelesen werden.
13. Speichersystem nach Anspruch 12, das so angeordnet ist, dass das Taktsignal auf der gemeinsamen Taktsignalleitung eine Frequenz hat, die die gleiche bleibt, ungeachtet der Anzahl der zwei oder mehr Datenleitungen, über die Daten mit den einzelnen Speicherkarten (59, 61, 63, 90) übertragen werden.
14. Speichersystem, umfassend: eine Vielzahl von Karten (59, 61, 63, 90) nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Kontakten (11–17, 91, 92) eine Vielzahl von externen Kontakten ist, wobei die Karten (59, 61, 63, 90) so angeordnet sind, dass nur ein Kontakt (12) vorgesehen ist, durch den Befehle zum Betreiben des Speichers (31) empfangen werden und Antwortsignale vom Speicher (31) gesendet werden; eine Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108), in die die Karten (59, 61, 63, 90) einzeln einsteckbar sind, wobei ihre Kontakte (11–17, 91, 92) elektrischen Kontakt mit einer Vielzahl von entsprechenden Anschlussstiften (21–27, 101, 102) herstellen, die mindestens einen Daten-Anschlussstift (21, 27, 101, 102), nur einen Anschlussstift (22) für Befehl- und Antwortsignale und einen Taktsignal-Anschlussstift (25) aufweisen, ein Hostsystem (51', 51'') mit einer einzelnen Leitung, die Befehl- und Antwortsignale transportiert und die durch den Host (51', 51'') mit dem Befehl- und Antwortsignal-Anschlussstift (22) irgendeines oder aller der einzelnen Kartensockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) selektiv verbindbar ist, wobei das Hostsystem (51', 51'') zusätzlich mindestens eine Leitung hat, die mit dem mindestens einen Daten-Anschlussstift (21, 27, 101, 102) jedes aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, um Daten zu und von dort eingesteckten Karten (59, 61, 63, 90) zu transportieren, wobei die Hostsysteme (51', 51'') auch eine Taktsignalleitung aufweisen, die mit dem Taktsignal-Anschlussstift (25) jedes aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, wobei die Vielzahl von Karten (59, 61, 63, 90) einzeln ein Adressregister aufweisen, in dem eine Adresse der Karte (59, 61, 63, 90) durch den Host (51', 51'') als eindeutig bestätigt wird, und zwar über die Befehl- und Antwortleitung, die jeweils nur mit einer einzelnen Karte (59, 61, 63, 90) durch den Befehl- und Antwort-Anschlussstift (22) des Kartensockels (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108), in den die einzelne Karte (59, 61, 63, 90) eingesteckt ist, verbunden ist, und wobei der Host (51', 51'') zusätzliche Befehle an eine einzelne der Karten (59, 61, 63, 90) sendet und zusätzliche Antwortsignale von dieser empfängt, und zwar durch die Befehl- und Antwortleitung, wenn sie mit den Befehl- und Antwort-Anschlussstiften (22) aller aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, indem auf der Befehl- und Antwortleitung die Adresse gesendet wird, die im Adressregister der einzelnen Karte der Karten (59, 61, 63, 90) gespeichert ist.
15. Speichersystem, umfassend: eine Vielzahl von Karten (59, 61, 63, 90) nach Anspruch 7, wobei die Vielzahl von Kontakten eine Vielzahl von externen Kontakten (11–17, 91, 92) ist; eine Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108), in die die Karten (59, 61, 63, 90) einzeln einsteckbar sind, wobei ihre Kontakte (11–17, 91, 92) elektrischen Kontakt mit einer Vielzahl von entsprechenden Anschlussstiften (21–27, 101, 102) herstellen, die zwei oder mehr Daten-Anschlussstifte (21, 27, 101, 102), einen Anschlussstift (22) für Befehl- und Antwortsignale und einen Anschlussstift (25) für das Taktsignal aufweisen, ein Hostsystem (51', 51'') mit einer Leitung, die angeordnet ist, um die Kartenbefehl- und -antwortsignale zwischen ihm und dem Befehl- und Antwort-Anschlussstift der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) zu transportieren, einer Leitung, die angeordnet ist, um ein Taktsignal mit konstanter Frequenz über eine Leitung zu transportieren, die mit dem Taktsignal-Anschlussstift jedes aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, und zwei oder mehr Datentransportleitungen, die mit den zwei oder mehr Daten-Anschlussstiften (21, 27, 101, 102) jedes aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden sind, wobei das System so angeordnet ist, dass die gespeicherte Angabe über die einzelnen Karten (59, 61, 63, 90) durch den Host (51', 51'') über die Befehl- und Antwortleitung lesbar ist, und der Host (51', 51'') angeordnet ist, um Daten mit den einzelnen Karten (59, 61, 63, 90), die in die Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) eingesteckt sind, entsprechend der Angabe, die in den einzelnen Karten (59, 61, 63, 90) gespeichert ist, zu übertragen.
16. Speichersystem nach Anspruch 15, wobei das Hostsystem (51', 51'') eine einzelne Leitung aufweist, die angeordnet ist, um Befehl- und Antwortsignale zu transportieren und die durch den Host (51', 51'') mit dem Befehl- und Antwortsignal-Anschlussstift (22) irgendeines oder aller der einzelnen Kartensockel (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) der Vielzahl von Karten (59, 61, 63, 90) selektiv verbindbar ist, die einzeln aufweisen: ein Adressregister, in dem eine Adresse der Karte (59, 61, 63, 90) durch den Host (51', 51'') als eindeutig bestätigt werden kann, und zwar durch die Befehl- und Antwortleitung zu jeweils nur einer einzelnen Karte (59, 61, 63, 90), wenn sie mit dem Befehl- und Antwort-Anschlussstift (22) des Kartensockels (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, in den die einzelne Karte (59, 61, 63, 90) eingefügt ist, und der Host (51', 51'') angeordnet ist, um über die Befehl- und Antwortleitung zusätzliche Befehle an eine einzelne der Karten (59, 61, 63, 90) zu senden und von dieser zu empfangen, wenn sie mit dem Befehl- und Antwort-Anschlussstift (22) aller aus der Vielzahl von Sockeln (53, 55, 57, 100, 104, 106, 108) verbunden ist, indem auf der Befehl- und Antwortleitung die Adresse gesendet wird, die im Adressregister der einzelnen der Karten (59, 61, 63, 90) gespeichert ist.
17. Gekapselte Karte nach Anspruch 7, ferner mit einem Registerfeld, das eine Adresse der Karte speichert, die durch den Host durch die erste Gruppe von Kontakten lesbar ist, und einem Zufallszahlengenerator, der die Kartenadresse in das Registerfeld schreibt.