外存——主流的外存设备简介（SD卡、MMC卡、iNand、Nandflash等概念）

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我们一般把RAM（random access memory，随机访问存储器）叫做内存，其特点是可以任意字节读写，掉电会丢失数据。把ROM（read only memory，只读存储器）叫做外存，其特点是掉电不丢失数据，但不能随机地址访问，只能以块为单位来访问。

下面简单地介绍外部存储器的相关知识。

一、磁存储设备

磁存储设备，包括软盘、硬盘、光盘、CD、磁带。

这类型的存储设备的存储原理大部分为磁存储。优点是技术成熟、价格便宜，缺点是读写速度慢、可靠性不好等。

这些存储设备广泛使用在桌面电脑中，但是在嵌入式设备中几乎很少使用。

二、Flash存储设备

现代存储的发展方向是Flash存储，即闪存技术。

闪存技术是利用电学原理来存储1和0，所以闪存设备没有物理运动，读写速度可以很快，且无物理损耗。

1、原始 Flash 芯片：NandFlash芯片、NorFlash芯片

闪存技术大致分为两类，即Nand技术和Nor技术。

采用这两种技术制成的 Flash芯片 就叫做 NandFlash芯片、NorFlash芯片。

最原始的NandFlash、NorFlash芯片由Flash颗粒组成，芯片外部只做了最基本的读写接口，因此使用这种存储芯片时，需要SoC为它提供Flash读写控制器，以及对Flash进行读写的时序。

这种存储芯片的缺陷是：读写接口时序比较复杂；芯片内部无坏块处理机制，需要SoC自己管理坏块；各个厂家的Flash接口不一致，甚至同一个厂家的不同型号、系列的Flash接口都不一致，这就造成产品升级时很麻烦。

也就是说，这种存储芯片就相当于最原始的存储容器，没有统一接口、块处理机制。

2、卡片化 + 统一接口：SD卡、MicroSD、MMC卡、TF卡

首先，这些存储器外观都是卡片式的。

其次，它们内部依然采用 NandFlash 存储颗粒，但与原始的NandFlash芯片相比，具有统一的外部封装和标准接口。比如SD卡都遵照SD规范来发布，它规定了SD卡的读写速度、接口时序、读写命令集、卡大小尺寸、引脚个数及定义，因此不同厂家的SD卡可以通用。

这些卡都遵循MMC协议或者SD协议，SD协议兼容MMC协议。

也就是说，这类存储器类似于把NandFlash芯片做成卡片，并添加统一标准接口、块处理机制。

3、将SD卡芯片化：iNand芯片、MoviNand芯片

一些电子产品如手机、相机等，前些年的趋势是用SD卡/TF卡等外部扩展卡来扩展存储容量，但近些年的趋势是直接在电子产品内部设置大容量的Flash芯片，比如iNand芯片、MoviNand芯片等。

这些芯片都遵循EMMC协议。相对于MMC协议，EMMC协议多了一个字母E，表示embedded，是内嵌的意思，意味着芯片化后焊接到开发板上。平常我们说的emmc芯片，一般指iNand（sandisk的产品）或者moviNand（三星的产品），它们都符合emmc协议。

这些芯片内部依然由NandFlash存储颗粒构成，内置了块设备管理模块（提供了诸如坏块管理的功能），综合了SD卡为代表的各种卡的优势（有统一的接口标准，比如引脚定义、物理封装、接口时序等，不同厂家的SD卡可以通用），以及原始的NandFlash芯片的优势（以芯片的方式来发布而不是以卡的方式，因为外部扩展卡时间长了其卡槽可能会接触不良）。

换言之，这类存储器类似于将SD卡芯片化，同时内置有块设备管理模块。

	硬盘、光盘、磁带	Nandflash / Norflash芯片	SD卡 /MMC卡	iNand芯片
是否统一接口	---	否	是	是
外观造型	---	芯片	卡片	芯片
是否有块处理机制	---	无	有	有
存储原理	磁存储	电学原理	电学原理	电学原理

二、SD卡的更多介绍

SD卡其实是将 NandFlash芯片卡片化，并添加统一的标准接口、外观，以及块处理机制。

1、SD卡与其他存储器的对比

（1）SD卡 与 MMC卡 的区别与联系

• 两者都是卡，都拥有统一的接口标准，以及块处理机制。
• MMC标准出现的时间比SD标准早，后来者SD标准可以兼容MMC标准。
• MMC卡可以被SD读卡器读写，而SD卡不可以被MMC读卡器读写。

（2）SD卡 和 NandFlash、NorFlash 等 Flash 芯片差异

• SD卡/MMC卡等卡类有统一的接口标准，而NandFlash、NorFlash芯片没有统一的标准。

（3）SD卡 与 MicroSD卡 的区别

• 体积大小区别而已，传输与原理完全相同。

（4）SD卡与TF卡的区别

• 外观上，SD卡大而TF卡小。
• 用途上，SD卡用于数码相机等，而TF卡广泛用于手机、GPS等。
• 时间上，SD卡1999年推出，TF卡于2004年推出。
• SD卡由日本松下、东芝与美国SanDisk共同推出，而TF卡由Motorola与SanDisk共同推出。
• SD卡有写保护而TF卡没有，TF卡可以通过卡套转成SD卡使用。

（5）SD卡与iNand芯片的区别

• SD卡是卡片式的存储器，而iNand可以简单理解为将SD卡芯片化。

2、SD卡的编程接口

（1）SD卡的物理接口

SD卡由9个针脚与外界进行物理连接，这9个脚中有2个地，1个电源，6个信号线。

（2）SD协议与SPI协议

SD卡 与 SRAM/DDR/SROM 之类的东西的不同，SRAM/DDR/SROM 之类的存储芯片是总线式的，只要连接上并初始化好之后就可以由SoC直接以地址方式来访问；而SD卡不能直接通过接口给地址来访问，它的访问需要按照一定的接口协议来访问。

SD卡虽然只有一种物理接口，但是却支持两种读写协议：SPI协议、SD协议。

1）SPI协议简介（低速、接口操作时序简单、适合单片机）

• SPI协议是单片机中广泛使用的一种通信协议，并不是为SD卡专门发明的。
• SPI协议相对SD协议来说速度比较低。
• SD卡支持SPI协议，就是为了单片机方便使用。

2）SD协议简介（高速、接口时序复杂，适合有SDIO接口的SoC）

• SD协议是专门用来和SD卡通信的。
• SD协议要求SoC中有SD控制器，运行在高速率下，要求SoC的主频不能太低。