SD卡技术与两个应用方案设想.doc

SD卡技术与两个应用方案设想
【摘要】SD卡由MMC卡发展而来，因为其体积小、容量大且安全性好获得了广泛的应用。本位介绍了两个应用。第一个是一个基于ARM平台的微型打印服务器，作为小型化的专用服务器，它充分运用了SD卡的便携性和无机械化结构的特性，使得整机非常稳固且功耗很低。第二个是一个广告牌设计，SD卡也让广告存储变得简单许多。

一 SD卡技术简介
SD卡（Secure Digital Memory Card）中文翻译为安全数码卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，它被广泛地于便携式装置上使用，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。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。
SD卡在24mm×32mm×2.1mm的体积内结合了〔SanDisk〕快闪记忆卡控制与MLC（Multilevel Cell）技术和Toshiba（东芝）0.16u及0.13u的NAND技术，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记忆的信息。而且它是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动的损坏。
SD卡接口除了保留MMC卡的7针外，还在两边加多了2针，作为数据线。采用了NAND型Flash Memory，基本上和SmartMedia的一样，平均数据传输率能达到2MB/s。 　　设有SD卡插槽的设备能够使用较簿身的MMC卡，但是标准的SD卡却不能插入到MMC卡插槽。SD卡能够于CF卡和PCMCIA卡上，插上转接器使用；而miniSD卡和microSD卡亦能插上转接器于SD卡插槽使用。一些USB连接器能够插上SD卡，而且一些读卡器亦能够插上SD卡，并由许多连接埠，例如USB、FireWire等存取使用。 SD卡的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。因此不少数码相机也开始支持SD卡。
SD卡按照速度不同也分为不同的级别。最新的SD2.0的规范中对SD卡的速度分级方法是：普通卡和高速卡的速率定义为Class2、Class4、Class6 和Class 10 四个等级。超高速卡的速率目前只有UHS Class 1一个等级。速率等级在卡上的标注符号如下图所示。不同等级的读取速度和能满足的应用要求见下表：
速度等级
读取速度(MB/秒)
应用范围
Class 0
<2.0
包括低于Class2和未标注SpeedClass的情况
Class 2
2.0
观看普通清晰度电视，数码摄像机拍摄
Class 4
4.0
流畅播放高清电视（HDTV），数码相机连拍
Class 6
6.0
单反相机连拍，以及专业设备的使用
Class 10
10.0
全高清电视的录制和播放
UHS Class 1
312.0
专业全高清电视实时录制

二 应用设想1：微型打印服务器
从上面的介绍可以看出，SD卡并不应用于传统的PC机领域，而是专门供便携式设备进行存储。所以通过应用SD卡可以使得许多设备的节能度和便携度的以提升。下面以一个微型打印服务器为例加以说明。
传统上打印服务器是使用一台专门的PC机配置的，但是这样并不能够完全利用PC机的资源，而且能源开销太大。所以结合单片机的设计思想，我设计了一个便携式的打印服务器。(如下图)
CPU
1
图中1代表 USB接口
2代表 LPT接口
3代表 网线接口
4代表 内存颗粒
5代表 SD卡插槽
6代表 VGA接口
7代表 电源接口

为了实现小型化，机器的CPU我们使用了ARM的产品，这是因为ARM的芯片具有良好的性能和功耗控制，而且在兼容性上也胜过其他厂上的芯片。而且，ARM
芯片是为手机等移动设备设计的，稳定性十分出色，作为专用服务器的芯片相当合适。CPU的四周均匀分布有四颗内存颗粒，每一刻的容量均为64MB，则总内存为256MB。主板的一侧具备SD卡插槽。主板上还集成有总线控制芯片，显示芯片，网络控制芯片，USB模块，LPT模块等附加模块。主机电源采用5V直流电源，可以使用变压器与市电相接。
因为要用作打印服务器，所以本机必须拥有操作系统。操作系统我们选用Linux或者是Freebsd，因为二者都有ARM的移植版本，且兼容性极佳。对Linux系统也要进行一定程度的优化，去掉不用的模块，增加对各种打印机的支持，对内核也要适当的进行精简，Linux系统安装在SD卡内，这样就节省了内部空间，而且还具有更好的安全性。
为了保证系统的运行速度，SD卡选用SDHC Class 6级别的，这样就保证的存储器的读写速度。
使用本机时，打印机可以通过LPT接口或是USB接口和服务器相连，网络部分使用以太网。将已经配置好的SD卡插入插槽，将设备连接好后开机，几分钟后再远端主机上使用SSH登录本机，检查网络配置和打印机设置，确认无误后就可以开始工作了。
这样的设备的好处有很多。比如说设备的功耗极低，完全可以将待机功耗做到1W，满载功耗也可以控制在5W以内。其次，精简的系统结构也使得本机的体积迅速减小，基本上可以做到一个移动硬盘的大小，不占用多余的空间，省去了为专用服务器腾出空间的麻烦。并且，由于使用SD卡作为存储设备，使得整个设备成为了无机械化结构，更加不用担心意外碰撞所带来的损坏。另外，结合相关的软件，还能实现自动队列打印、计划打印等功能。
但同时，本机也有不足。比如说，本机只是在理论上能够实现，在实际操作中还面临着兼容性和平衡性能的问题。由于采用SD卡作为存储技术，所以在寿命上无法和硬盘相抗衡。另外，发热问题也不容小视，怎样设计合理的散热路径，使得在高温天气下设备仍然保持正常运转也是一个需要解决的问题。
三 应用方案2：自动化广告牌
现在有的广告牌已经是LCD的了，虽然他们仍然是单色的，但是已经具备在广告牌表现图片的能力了。可是，怎样才能让广告牌实现自动切换各种广告的能力呢？要想实现这种功能，无外乎有两种方法。第一种是使用专门的线路与广告牌相连接，第二种是使用存储设备。但是从实际情况看，使用存储设备更加方便。据此，有的厂商开发出了使用SD卡的广告牌。业主制作广告的时候，可以现在电脑上用相应的软件画出广告内容并保存为特定的格式，然后传入SD卡当中。这样在广告牌上就能显示出业主需要的内容了。
比起上一种方法，这种方法的灵活性更为突出，省去了烦琐的链接配置。
四 结语
综上所述，SD卡技术拥有很大的应用前景。在微型化设备中扮演着十分重要的角色。甚至于已经深入家电行业，成为各种新式数码产品的标配。所以，在日后进行工业设计时，要更好的运用SD卡技术，实现能耗、便携和稳定的三合一。