一种SD卡的接口复用方法以及具有扩展功能的SD卡.pdf

本发明涉及存储卡领域，具体涉及一种SD卡的接口复用方法以及具有扩展功能的SD卡。该方法在SD卡协议定义的9针接口上分别或同时复用USB接口、ISO/IEC7816接口以及GPIO接口，通过对相应管脚的控制，分别或同时实现各种接口的功能。相应的SD卡包括置于卡体内部的存储单元和与存储单元连接的控制器，控制器与设置在卡体表面的9针接口连接，控制器内包含SD接口控制模块，并且还分别或同时包含USB接口控制模块、ISO/IEC7816接口控制模块、GPIO接口控制模块，各种接口控制模块根据设定的管脚复用规则与相应的管脚连接。本发明在增强存储卡功能的基础上，又可以节约生产成本，具有良好的应用前景。

1.  一种SD卡的接口复用方法，其特征在于：该方法在SD卡协议定义的9针接口上分别或同时复用USB接口、ISO/IEC7816接口以及GPIO接口，通过对相应管脚的控制，分别或同时实现各种接口的功能。

2.  如权利要求1所述的SD卡的接口复用方法，其特征在于：复用USB接口时，USB接口的VCC和GND管脚与SD卡定义的VCC和GND管脚共用，USB接口的D-和D+管脚以及接口时钟CLK分别与SD卡定义的除VCC和GND以外的任意管脚复用。

3.  如权利要求2所述的SD卡的接口复用方法，其特征在于：复用USB接口时，USB接口的D-管脚与SD卡定义的CMD管脚复用，USB接口的D+管脚与SD卡定义的DAT0管脚复用，USB接口时钟CLK与SD卡定义的CLK管脚复用。

4.  如权利要求1所述的SD卡的接口复用方法，其特征在于：复用GPIO接口时，GPIO输入输出管脚与SD卡定义的除VCC和GND以外的任意管脚复用；在已复用了USB接口的前提下，GPIO输入输出管脚与SD卡定义的除USB接口所使用以外的任意管脚复用。

5.  如权利要求3所述的SD卡的接口复用方法，其特征在于：复用GPIO接口时，GPIO输入输出管脚与SD卡定义的DAT1管脚复用。

6.  如权利要求1所述的SD卡的接口复用方法，其特征在于：复用ISO/IEC7816接口时，ISO/IEC7816接口的VCC和GND管脚与SD卡定义的VCC和GND管脚共用，ISO/IEC7816接口的DATA管脚以及接口时钟CLK分别与SD卡定义的除VCC和GND以外的任意管脚复用；在已复用了USB接口和/或GPIO接口的前提下，ISO/IEC7816接口的DATA管脚以及接口时钟CLK分别与SD卡定义的除USB接口和/或GPIO接口所使用以外的任意管脚复用；同时，将SD卡的一个管脚一分为二，将其中一部分用作ISO/IEC7816接口的RST管脚。

7.  如权利要求5所述的SD卡的接口复用方法，其特征在于：复用ISO/IEC7816接口时，ISO/IEC 7816接口的DATA管脚与SD卡定义的DAT3管脚复用，ISO/IEC 7816的接口CLK与SD定义的DAT2管脚复用；同时，将SD卡定义的VCC管脚一分为二，将其中一部分用作ISO/IEC7816接口的RST管脚。

8.  一种具有扩展功能的SD卡，包括置于卡体内部的存储单元和与存储单元连接的控制器，控制器与设置在卡体表面的9针接口连接，其特征在于：控制器内包含SD接口控制模块，并且还分别或同时包含USB接口控制模块、ISO/IEC7816接口控制模块、GPIO接口控制模块，各种接口控制模块根据设定的管脚复用规则与相应的管脚连接。

9.  如权利要求8所述的具有扩展功能的SD卡，其特征在于：USB接口控制模块与SD卡定义的VCC、GND、CMD、DAT0和CLK管脚连接。

10.  如权利要求8或9所述的具有扩展功能的SD卡，其特征在于：GPIO接口控制模块与SD卡定义的DAT1管脚连接。

11.  如权利要求8或9所述的具有扩展功能的SD卡，其特征在于：ISO/IEC7816接口控制模块与SD卡定义的VCC、GND、DAT3、DAT2管脚连接，SD卡定义的VCC管脚分为面积不等的两部分，其中小面积部分与ISO/IEC7816接口控制模块连接。

12.  如权利要求10所述的具有扩展功能的SD卡，其特征在于：ISO/IEC7816接口控制模块与SD卡定义的VCC、GND、DAT3、DAT2管脚连接，SD卡定义的VCC管脚分为面积不等的两部分，其中小面积部分与ISO/IEC7816接口控制模块连接。

一种SD卡的接口复用方法以及具有扩展功能的SD卡
技术领域
本发明涉及存储卡领域，具体涉及一种SD卡的接口复用方法以及具有扩展功能的SD卡。
背景技术
SD卡(Secure Digital Memory Card)中文翻译为安全数字卡，是一种基于半导体快闪存储器的新一代存储设备，它被广泛地用于便携式装置上，例如数码相机、个人数码助理(PDA)和多媒体播放器等。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。SD卡通过9针的接口界面与专门的驱动器相连接，不需要额外的电源来保持其上存储的信息。SD卡的技术是基于MultiMedia卡(MMC)发展而来，大小和MMC差不多，尺寸为32mm×24mm×2.1mm。长宽和MMC一样，只是比MMC厚了0.7mm，以容纳更大容量的存贮单元。SD卡接口除了保留MMC的7针接口外，还在存储卡两侧增加了2针接口，作为数据线。SD协议定义SD卡接口从Pin 1至Pin 9为：DAT3(数据线3)、CMD(命令)、GND(地)、VCC(电源)、CLK(时钟)、GND(地)、DAT0(数据线0)、DAT1(数据线1)和DAT2(数据线2)，如图1所示。
USB是英文Universal Serial Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”。USB协议是1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。从1994年11月11日发布USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为2.0版本，USB协议采用一个4针插头作为标准接口，定义为：VBUS(VCC)，D-，D+，GND。
智能卡又称集成电路卡，即IC卡，它将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式。IC卡分接触式和非接触式两种。ISO/IEC 7816是接触式IC卡遵循的国际标准，其对IC卡定义了8个触点，从C1到C8为：VCC(电源)、RST(复位信号)、CLK(时钟)、RFU(保留于将来使用)、GND(地)、Vpp(编程电压)，DATA(数据)和RFU(保留于将来使用)，如图2所示。
由于SD卡协议、USB协议和ISO/IEC7816协议各自定义了符合其协议的接口形式，所以原则上符合其中一种协议的装置不符合另外两种协议，接口和通讯协议无法兼容，也不具有相应的功能。一般来说，如果想在一个装置上具有多种功能接口，需要具有相应的几种不同的物理接口形式。那么因为装置形状特殊导致产品外壳模具需要重新开模，因为产品接口插座形状特殊导致接口插座模具需要重新开模等原因而导致生产成本提高。然而在很多应用中，需要一种装置具有多个接口或者具备多种功能，并且对装置的物理形态和接口有严格的定义，从而需要在遵循一种协议的装置的接口上复用多种接口，以实现多个传输协议。
发明内容
本发明的目的在于针对目前存储卡接口协议固定、功能单一的缺陷，提供一种SD卡的接口复用方法以及应用该方法的具有扩展功能的SD卡，从而在增强存储卡功能的基础上，又可以节约生产成本。
本发明的技术方案如下：一种SD卡的接口复用方法，该方法在SD卡协议定义的9针接口上分别或同时复用USB接口、ISO/IEC7816接口以及GPIO接口，通过对相应管脚的控制，分别或同时实现各种接口的功能。
如上所述的SD卡的接口复用方法，其中，复用USB接口时，USB接口的VCC和GND管脚与SD卡定义的VCC和GND管脚共用，USB接口的D-和D+管脚以及接口时钟CLK分别与SD卡定义的除VCC和GND以外的任意管脚复用。
进一步，复用USB接口时，USB接口的D-管脚与SD卡定义的CMD管脚复用，USB接口的D+管脚与SD卡定义的DAT0管脚复用，USB接口时钟CLK与SD卡定义的CLK管脚复用。
如上所述的SD卡的接口复用方法，其中，复用GPIO接口时，GPIO输入输出管脚与SD卡定义的除VCC和GND以外的任意管脚复用；在已复用了USB接口的前提下，GPIO输入输出管脚与SD卡定义的除USB接口所使用以外的任意管脚复用。
进一步，复用GPIO接口时，GPIO输入输出管脚与SD卡定义的DAT1管脚复用。
如上所述的SD卡的接口复用方法，其中，复用ISO/IEC7816接口时，ISO/IEC7816接口的VCC和GND管脚与SD卡定义的VCC和GND管脚共用，ISO/IEC7816接口的DATA管脚以及接口时钟CLK分别与SD卡定义的除VCC和GND以外的任意管脚复用；在已复用了USB接口和/或GPIO接口的前提下，ISO/IEC7816接口的DATA管脚以及接口时钟CLK分别与SD卡定义的除USB接口和/或GPIO接口所使用以外的任意管脚复用；同时，将SD卡的一个管脚一分为二，将其中一部分用作ISO/IEC7816接口的RST管脚。
进一步，复用ISO/IEC7816接口时，ISO/IEC 7816接口的DATA管脚与SD卡定义的DAT3管脚复用，ISO/IEC 7816的接口CLK与SD定义的DAT2管脚复用；同时，将SD卡定义的VCC管脚一分为二，将其中一部分用作ISO/IEC7816接口的RST管脚。
一种应用了上述方法的具有扩展功能的SD卡，包括置于卡体内部的存储单元和与存储单元连接的控制器，控制器与设置在卡体表面的9针接口连接，其中，控制器内包含SD接口控制模块，并且还分别或同时包含USB接口控制模块、ISO/IEC7816接口控制模块、GPIO接口控制模块，各种接口控制模块根据设定的管脚复用规则与相应的管脚连接。
如上所述的具有扩展功能的SD卡，其中，USB接口控制模块与SD卡定义的VCC、GND、CMD、DAT0和CLK管脚连接。
进一步，在上述具有扩展功能的SD卡中，GPIO接口控制模块与SD卡定义的DAT1管脚连接。
更进一步，在上述具有扩展功能的SD卡中，ISO/IEC7816接口控制模块与SD卡定义的VCC、GND、DAT3、DAT2管脚连接，SD卡定义的VCC管脚分为面积不等的两部分，其中小面积部分与ISO/IEC7816接口控制模块连接。
本发明的有益效果如下：
(1)依据本发明的方法设计的存储装置符合SD卡协议定义的规范和功能，可以通过标准SD卡插槽或读卡装置进行访问，作为SD存储卡可用在各种电子设备中；
(2)在标准SD卡接口上复用了USB、ISO/IEC7816和自定义的通用输入输出(GPIO)的接口功能，并且USB、ISO/IEC7816和自定义的通用输入输出接口可以同时工作，可以插入符合SD卡协议、并可与USB、ISO/IEC7816和/或自定义的通用输入输出接口进行交互的特定读卡器或插槽中，通过USB、ISO/IEC 7816和/或自定义的通用输入输出接口可完成相应的扩展功能。
附图说明
图1为SD卡的接口结构示意图。
图2为符合ISO/IEC7816协议的智能卡的接口结构示意图。
图3为接口复用后SD卡的接口结构示意图。
图4为具有扩展功能的SD卡使用SD接口功能的示意图。
图5为具有扩展功能的SD卡使用USB接口功能的示意图。
图6为具有扩展功能的SD卡使用ISO/IEC 7816接口功能的示意图。
图7为具有扩展功能的SD卡的控制器逻辑结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细的描述。
SD卡是一种基于半导体快闪存储器的新一代存储设备，其结构能保证数字文件传送的安全性，也很容易重新格式化，所以有着广泛的应用领域，音乐、电影、新闻等多媒体文件都可以方便地保存到SD卡中，现在已经大规模应用于MP3随身听、数码摄像机、数码相机等数码产品中。
一般来说，人们将SD卡当作一个便捷的存储装置。然而有一些应用中，人们希望SD卡能够实现更多的功能，例如可以通过USB接口进行数据的输入输出，可以通过ISO/IEC7816协议的接口与卡访问装置进行通讯等。因此本发明在SD卡基础上扩展了USB以及ISO/IEC 7816功能，并且将所有这些功能所需的接口复用到SD卡接口的9个管脚上，通过对相应管脚的控制，分别或同时实现各种接口的功能，这样经过重新定义的SD卡具有了满足以上应用需求的能力。图4表示具有扩展功能的SD卡使用SD接口功能的示意图。
本发明的存储卡完全符合SD卡协议，具有与通用SD卡相同的外部物理形式，并且可以插入通用的SD卡插槽或读卡器中使用，此外，在SD卡接口的9针管脚上复用了USB接口，USB定义的功能管脚有4个：VCC，D-，D+，GND。除了VCC和GND与SD卡定义共用外(如图1所示3，4，6脚)，将USB接口的D-和D+管脚可与SD卡除VCC和GND以外的任意管脚复用，本实施例中将USB接口的D-管脚与SD卡定义的CMD管脚复用，USB接口的D+管脚与SD卡定义的DAT0管脚复用。由于使用USB功能时需要提供USB功能所需的48MHz的时钟，并且因为提供此时钟的晶振或者晶体由于体积太大而无法放入SD卡中，因此将USB时钟CLK与SD卡定义的除VCC和GND以外的任意管脚复用，本实施例中将USB的接口时钟CLK与SD卡定义的CLK管脚复用。图5表示了具有扩展功能的SD卡使用USB接口的示意图。当本发明的存储卡作为存储用SD卡时，将存储卡的USB功能管脚D-和D+设置为输入高阻态即不会影响SD功能的使用，当本发明的存储卡使用USB接口功能时，将SD的功能管脚设置为输入高阻态即可。
本发明还在SD卡接口的9针管脚上复用自定义的通用输入输出管脚(GPIO)，完成自定义的输入输出或状态指示功能，例如，在自定义的GPIO的一个管脚上外接一个LED(发光二极管)，通过LED的亮灭显示存储卡内部功能的执行状态；也可以通过自定义的GPIO外接物理按键向存储卡输入一个电平信号。在本实施例中，定义了一个GPIO接口，GPIO接口可与SD卡接口的除VCC和GND管脚以外的任意管脚复用，在本实施例中GPIO接口与SD卡接口的DAT1管脚复用。
可见，经过上述对USB接口和GPIO接口的复用方式后，SD卡的管脚还剩下第1脚(DAT3)和第9脚(DAT2)没有复用定义。由于USB，GPIO，ISO/IEC 7816接口功能在很多情况下需要同时使用，所以ISO/IEC 7816接口管脚不能与USB和GPIO接口的管脚复用。ISO/IEC 7816协议对IC卡定义了8个触点，从C1到C8，功能对应为：VCC(电源)、RST(复位信号)、CLK(时钟)、RFU(保留于将来使用)、GND(地)、Vpp(编程电压)，DATA(数据)和RFU(保留于将来使用)，可见有功能意义的只有：VCC、GND、CLK、DATA和RST，要完成ISO/IEC7816定义的接口通信功能至少需要VCC、GND、CLK和DATA管脚，本实施例中定义ISO/IEC 7816接口的CLK与SD卡定义的DAT2管脚复用，ISO/IEC 7816接口的DATA与SD卡定义的DAT3管脚复用。当该存储卡作为存储用SD卡时，将ISO/IEC 7816功能管脚CLK和DATA设置为输入高阻态即不会影响SD卡功能的使用，当需要使用该存储卡的ISO/IEC 7816接口功能时，把SD卡的功能管脚设置为输入高阻态即可。这样USB、ISO/IEC 7816和GPIO接口功能可以同时使用，并且所有的功能管脚复用定义在SD卡标准定义的9个管脚中。此外，对于ISO/IEC 7816定义的RST信号管脚，可以将SD卡的一个管脚一分为二，将其中一部分定义为RST。在本实施例中，将SD卡定义的VCC管脚一分为二，并且，为了使当SD卡插入插座时，VCC能获得良好的金属接触，将原VCC管脚划分为一个面积小的部分和一个面积大的部分，原VCC管脚分割后上面的小部分定义为ISO/IEC 7816接口的RST管脚，下面的大面积部分定义为SD卡的VCC管脚，其结构如图3所示。图6表示了具有扩展功能的SD卡使用ISO/IEC 7816接口功能的示意图。
表1 SD、USB、ISO/IEC7816和GPIO接口复用的具体情况

基于上述方法所提出的具有扩展功能的SD卡，包括置于卡体内部的存储单元和与存储单元连接的控制器，控制器与设置在卡体表面的9针接口连接，其中，控制器内包含SD接口控制模块，并且还包含USB接口控制模块、ISO/IEC7816接口控制模块、GPIO接口控制模块，各种接口控制模块根据设定的管脚复用规则与相应的管脚连接，控制器的逻辑结构如图7所示。原则上讲，各接口控制模块与管脚的连接关系可以任意地设计，只要符合复用的规则即可。在本实施例中，SD接口控制模块按标准方式与9针接口的各功能管脚连接，USB接口控制模块与SD卡定义的VCC、GND、CMD、DAT0和CLK管脚连接，GPIO接口控制模块与SD卡定义的DAT1管脚连接，ISO/IEC7816接口控制模块与SD卡定义的VCC、GND、DAT3、DAT2管脚连接，SD卡定义的VCC管脚分为面积不等的两部分，其中小面积部分与ISO/IEC7816接口控制模块连接。
应该强调的是，USB信号、ISO/IEC 7816信号以及GPIO的排布除了电源(VCC)、地(GND)和7816复位(RST)管脚固定外，其余管脚可任意排布，各种接口可以分别或同时实现其功能。
SD接口控制模块、USB接口控制模块、ISO/IEC7816接口控制模块以及GPIO接口控制模块的功能与几种接口在单独的使用环境中所需的控制电路功能相同，本领域的技术人员可根据常规技术结合实际情况进行设计。
考虑到在此公开的对本发明的描述和特殊的实施例，本发明的其他实施例对于本领域的技术人员来说是显而易见的。这些说明和实施例仅作为例子来考虑，它们都属于由所附权利要求所指示的本发明的保护范围和精神之内。