(TIỂU LUẬN) báo cáo đề tài tìm hiểu về chuẩn giao tiếp SD SDIO

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỀ TÀI: “Tìm hiểu chuẩn giao tiếp SD/SDIO” Môn học : Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối Giảng viên Nhóm mơn học Nhóm tập lớn Sinh viên thực HÀ NỘI, 02 / 2022 -⁃⁃⁃⁃‹‹‹﴾֍﴾›››⁃⁃⁃⁃ - LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỹ thuật trở nên quen thuộc với nhiều người phát triển ngành lớn với phát triển kinh tế toàn cầu Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết sống hội nhập tiến độ phát triển giới, đòi hỏi ngành kỹ thuật hiên ngày phải nâng cao phát triển chất lượng khả ứng dụng rộng rãi Trong ngành “Cơng nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử” đóng vai trị quan trọng sống sinh hoạt hàng ngày sản xuất khắp giới Với công nghiệp 4.0 thiết bị điện tử đóng vai trị quan trọng, ngày trở nên đại chất lượng tốt Đặc biệt với ngành công nghiệp, công suất khơng thể thiếu để vận hành máy móc hoạt động Vì mơn học Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối đưa vào giảng dạy giúp cho chúng em tiếp thu thêm nhiều kiến thức giao thức Cùng với kiến thức học lớp kinh nhiệm có chúng em bắt tay vào làm tập lớn giao cho Trong q trình thực hiện, nhóm chúng em cố gắng để hoàn thành tốt, vốn kiến thức hạn hẹp kỹ chưa có nhiều nên khơng tránh khỏi sai sót Chúng em mong đóng góp ý kiến, phê bình hướng dẫn thêm cô bạn lớp để giúp chúng em hoàn thiện Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Trần Thúy Hà giảng dạy môn Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối truyền đạt kiến thức cho chúng em để hồn thành tốt tập 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT SD SDIO SDHC SDXC SDSC SDUC SPI GPS SPEC SSD iSDIO AAC HE-AAC WMA CPRM MPEG H.264 VC-1 ISDB-T EPUB RAW DSLR MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Khái niệm 1.1 SD 1.2 SDIO 1.3 Điểm khác biệt SD SDIO Ứng dụng Ví dụ ứng dụng 3.1 SD 3.2 SDIO Cách thức hoạt động, tổ chức 10 3.2 SD 10 4.2 SDIO 11 Ưu điểm 11 Nhược điểm 12 Tính phù hợp cho ứng dụng 12 6.2 SD – Audio 12 6.3 SD-Video (Tùy chọn CPRM) 12 6.4 SD-Binding (CPRM Bắt buộc) 12 6.5 Phân phối SD riêng biệt (Bắt buộc CPRM) 13 6.6 Sách điện tử SD-SD (Bắt buộc CPRM) 13 Khuyến nghị 14 7.1 Đối với nhiếp ảnh: 14 7.2 Thiết bị không người lái 14 LỜI CẢM ƠN 15 Khái niệm 1.1 SD SD (Secure Digital) định dạng thẻ nhớ Flash (loại nhớ không cần nguồn điện để trì liệu), sử dụng thiết bị cầm tay sử dụng trực tiếp khe cắm thẻ nhớ Compact Flash hay PC với đầu chuyển đổi Thẻ SD dựa định dạng MultiMediaCard (MMC) cũ, hầu hết dày chút so với thẻ MMC Chuẩn SD thẻ nhớ có loại kích thước khác bao gồm: SD, miniSD microSD Hình 1: Các loại thẻ nhớ Thẻ nhớ bao gồm loại : SD/MicroSD, SDHC/MicroSDHC, SDXC/MicroSDXC SD bao gồm họ thẻ: o SDSC(Original Standard-Capacity) : chuẩn dung lượng ban đầu o SDHC(High-Capacity) : dung lượng cao o SDXC(Extended-Capacity) : dung lượng mở rộng o SDUC(Ultra-Capacity) SDIO : bao gồm tính vào cho việc lưu trữ liệu 1.2 SDIO SDIO (Secure Digital Input/Output) giao diện mở rộng kiểu SD cung cấp chức I/O liệu tốc độ cao riêng biệt khả nhớ có thẻ Ngoài khả kết nối với thẻ SD kết nối với thiết bị hỗ trợ giao diện SDIO Giao thức SDIO phát triển nâng cấp từ giao thức thẻ SD (Có nhiều nơi giữ lại giao thức đọc ghi thẻ SD): o Giao thức SDIO bổ sung lệnh CMD52 CMD53 giao thức thẻ SD o Giao thức SDIO giao thức có bus sử dụng rộng rãi để giao tiếp thiết bị máy chủ o Thời điểm ban đầu bus giao thức SDIO sử dụng hoạt động 50MHz cịn mức 200MHz o SDIO cần SPI chế độ truyền 1-bit SD o Giao diện Bus SDIO Hình 2: Giao diện Bus SDIO 1.3 Điểm khác biệt SD SDIO Khác chức sử dụng SDIO dành cho I/O (chức Input Output hệ thống xử lý thơng tin) cịn với thẻ SD để lưu trữ (bộ nhớ), phía thẻ SDIO ngắt xử lý máy chủ SD khơng làm gián đoạn phía máy chủ, máy chủ phải đọc ghi vào thẻ SD Điểm khác biệt quan trọng thông số kỹ thuật thẻ SDIO SD việc bổ sung tiêu chuẩn tốc độ thấp Ứng dụng mục tiêu thẻ tốc độ thấp bắt đầu với phần cứng nhỏ để hỗ trợ khả I/O tốc độ thấp Thẻ tốc độ thấp hỗ trợ ứng dụng modem, máy quét mã vạch máy thu GPS Thẻ tốc độ cao hỗ trợ thẻ mạng, thẻ TV thẻ "kết hợp", v.v Thẻ kết hợp đề cập đến nhớ + SDIO Đối với thẻ kết hợp, tốc độ đầy đủ hoạt động bit yêu cầu bắt buộc nhớ phần SDIO thẻ Trong thiết bị SDIO không kết hợp, tốc độ tối đa đạt 25M với thẻ kết hợp giống với thẻ SD, cao 25M Có loại thẻ kết hợp: o ASSD o iSDIO Hình 3: Các loại thẻ SD khác biệt với SDIO Ứng dụng SD, SDHC, SDXC sử dụng dòng máy ảnh du lịch, máy quay HD bán chuyên, máy chuyên máy quay kỹ thuật số MicroSD - MicroSDHC - MicroSDXC sử dụng phần lớn cho thiết bị di động (điện thoại thông thường, smartphone, tablet), camera hành trình số thiết bị chuyên dụng khác SDIO kết nối với thu GPS, điều hợp Wi-Fi Bluetooth, modem, điều hợp mạng LAN, đầu đọc mã vạch, đài FM, thu TV, đầu đọc xác thực tần số radio, Hoặc máy ảnh kỹ thuật số thiết bị khác sử dụng SD giao diện tiêu chuẩn Ví dụ ứng dụng 3.1 SD Hình 4: Thẻ SD máy ảnh dung lượng 8GB Hình 5: Thẻ SD máy ảnh dung lượng 128GB Hình 6: Thẻ MicroSD cho điện thoại dung lượng 128GB Hình 7: Thẻ MicroSD cho điện thoại dung lượng 16GB 3.2 SDIO Hình 8: Bộ điều hợp wifi 10 Hình 9: Bộ điều hợp mạng LAN Cách thức hoạt động, tổ chức 4.1 SD Bên SD có nhớ để lưu giá trị Các ô nhớ bóng bán dẫn transistor (bóng bán dẫn Transistor cơng tắc điện tử, nghĩa dùng dịng điện để bật tắt, cho phép dịng điện qua khơng qua) Vì vậy, dịng điện qua quy ước kí tự mã nhị phân, dòng điện bị chặn quy ước ký tự mã nhị phân Đối với SD người ta nhốt electron lại, để rút thẻ nhớ khỏi nguồn điện electron không chạy Nhờ định trạng thái bóng bán dẫn Transistor có cho dịng điện chạy qua hay khơng Điều có nghĩa lưu lại thơng tin Hình 10: Cấu tạo bóng bán dẫn 11 Bóng bán dẫn thẻ nhớ SD có lớp bán dẫn P làm (như hình bên trên), bên bán dẫn P điện cực ký hiệu A B nối với bán dẫn loại N Trên bán dẫn P có lớp Oxit cách điện, lớp Oxit lớp kim loại (người ta gọi cổng trôi ngăn để nhốt Electron), cổng trôi lại lớp oxit cách điện, lớp kim loại (hay gọi cổng điều khiển, cổng điều khiển điều khiển việc nhốt electron) Về nguyên lý hoạt động bóng bán dẫn thẻ nhớ SD diễn sau Khi có nhu cầu đọc liệu, người ta nối đầu A B bóng bán dẫn với dòng điện, nối thêm điện cực dương vào cổng điều khiển D Như vậy, hiểu nguyên lý electron đưa vào cổng trơi C nhốt chúng rồi, bóng bán dẫn mang giá trị Ngược lại, muốn đổi sang giá trị cần đặt điện cực âm mạnh vào D, đẩy hết electron từ cổng C ngồi  Tóm lại, thẻ nhớ lưu liệu cách nhốt electron cổng trơi đẩy ra, tương ứng với giá trị Việc nhốt electron tượng "xun hầm", có điện tạo lực hút tác động đẩy electron chui qua, ngắt điện electron khơng chui qua Các nhà sản xuất cho biết, cổng trơi nhốt electron khoảng 15 năm, dùng công nghệ vật liệu chất lượng cao lên tới 100 năm Nghĩa thẻ nhớ SD có độ bền lên đến 15 năm lâu tuỳ thuộc vào vật liệu sản xuất 4.2 SDIO SDIO Command Set : Theory of Operations (Bộ lệnh SDIO : Lý thuyết hoạt động) CMD52: IO_SEND_OP_COND (Kiểm tra dải điện áp I/O Card) o CMD52 xác định bit lệnh đặt vị trí có địa 000101b o Các giá trị cực đại cực tiểu VDD cài đặt ghi OCR I/O ghi 24 bit CMD5 o S18R bit chuyển sang 1.8V o CMD52 : IO_RW_DIRECT : truy cập I/O nhanh CMD52 thực SDIO cách ghi vào bit cụ thể ghi câu lệnh vùng I/O Nếu khơng sử dụng mã lệnh riêng SD: o Reset I/O o Hủy bỏ chuyển giao khối 12 o Cài đặt độ dài khối hàm ghi o Cài đặt độ rộng Bus CMD53: IO_RW_EXTENDED : cho phép truy cập nhanh với địa Byte Block o Cho tùy chọn đọc ghi nhiều ghi I/O với câu lệnh o Đọc ghi nhiều khối không giống SD phải sử dụng nhiều câu lệnh Ưu điểm 5.1 SD Thẻ SD tiêu thụ lượng điện Thẻ SD sử dụng nhớ không thay đổi, giữ liệu ổn định thẻ Nói cách khác, liệu thẻ SD không bị ảnh hưởng cố điện Thẻ nhớ không địi hỏi thiết bị dùng phải có kết nối internet ổn định truy cập liệu lưu Thẻ nhớ microSD giúp liệu người bảo mật an toàn Các vấn đề rị rỉ thơng tin, hình ảnh, video, clip lưu trữ lên internet hạn chế Có thể dễ dàng sử dụng thẻ để tải tài liệu lưu trữ, xóa liệu khơng cần thiết lưu chép liệu qua đầu đọc thẻ 5.2 SDIO SDIO có khả bảo mật liệu tốc độ giao tiếp nhanh SPI Cụ thể SPI có bit data nên tốc độ chậm SDIO có hỗ trợ mode giao tiếp 1, 4, bit data nên tốc độ nhanh nhiều Hỗ trợ nhiều loại thẻ khác thẻ SD, MMC, SDIO thiết bị CE-ATA Hỗ trợ đa chức bao gồm nhiều I/O I/O kết hợp nhớ o Có tới chức I / O cộng với nhớ hỗ trợ thẻ o Hỗ trợ hầu hết lệnh nhớ thẻ SD, bổ sung lệnh CMD52 CMD53 vào giao thức thẻ SD Nó phát triển sở giao diện thẻ SD Nó tương thích với thẻ SD trước kết nối thiết bị giao diện SDIO, chẳng hạn Bluetooth, WiFi, máy ảnh, v.v Bổ sung chuẩn đọc tốc độ thấp so với SD giúp hỗ trợ ứng dụng modem, máy quét mã vạch máy thu GPS Hoàn toàn tương thích với thơng số kỹ thuật thẻ nhớ SD phiên 2.0 Nhược điểm 6.1 SD Mặc dù thẻ nhớ biết cung cấp nhiều không gian lưu trữ hơn, cịn thiếu khía cạnh tốc độ Vì thẻ nhớ sử dụng nhớ flash nên chúng có số chu kỳ hạn chế Số lần thơng tin viết xóa bị giới hạn (khoảng 100.000 lần) Điều có nghĩa tuổi thọ thẻ giảm dần sử dụng 13 Khả tương thích chưa cao loại thẻ với thiết bị Có thể phải định dạng (format) lại thẻ chuyển sang thiết bị khác liệu thẻ bị Thẻ SD giải pháp lưu trữ lý tưởng, NVME giải pháp lưu trữ tốt hiệu suất ghi đọc tốt 6.2 SDIO Không hỗ trợ lệnh với nhớ SD lệnh Erase, thus Chỉ hỗ trợ dòng chip ARM cao cấp, dịng chip đời thấp khơng hỗ trợ Có nhiều sản phẩm host SD hỗ trợ thẻ nhớ SD số host hỗ trợ SDIO Tính phù hợp cho ứng dụng 7.1 SD – Audio Cung cấp codec định dạng tệp cần thiết để truyền, lưu trữ tải xuống tệp âm điện thoại di động thiết bị khác Dữ liệu bảo mật CPRM, chức bảo vệ quyền tích hợp theo tiêu chuẩn SD Người dùng cần sử dụng thẻ nhớ SD tuân thủ CPRM SD-Audio hỗ trợ định dạng AAC, HE-AAC, WMA MP3 sử dụng rộng rãi Hình 11: Quá trình truyền tải liệu vào thẻ SD 7.2 SD-Video (tùy chọn CPRM) Tiêu chuẩn làm cho Video di động SD-Video định codec âm thanh, video định dạng tệp cho phép người dùng xem video vô số thiết bị điện tử tiêu dùng xây dựng theo tiêu chuẩn SD Không giống SD-Audio, việc sử dụng CPRM tùy chọn Người dùng chí ghi lại chương trình phát sóng kỹ thuật số vào điện thoại di động thiết bị khác họ Người dùng cần sử dụng thẻ nhớ SD tuân thủ CPRM để ghi chương trình phát sóng quay video thương mại SD-Video hỗ trợ vô số định dạng, bao gồm MPEG-2, MPEG-4, H.264 VC-1 14 Hình 12: SD-Video (ISDB-T với CPRM)  Ghi nội dung phát sóng  Chương trình phát sóng kỹ thuật số tầm nhìn cao lưu cách ghi lại chất lượng hình ảnh chuyển đổi thành chất lượng độ nét tiêu chuẩn thấp thẻ nhớ SD với CPRM trường hợp ghi chương trình phát sóng đoạn, lưu chất lượng hình ảnh 7.3 SD-Binding (CPRM bắt buộc) SD-Binding ràng buộc việc tải xuống nội dung kỹ thuật số trực tiếp độc quyền với thiết bị nhà cung cấp dịch vụ ủy quyền thiết bị cho dịch vụ cụ thể Chỉ thiết bị phép phát lại nội dung để ngăn chép phân phối trái phép Người dùng cần sử dụng thẻ nhớ SD tuân thủ CPRM để sử dụng SD-Binding 7.4 Phân phối SD riêng biệt (bắt buộc CPRM) Phân phối riêng biệt SD (SD-SD) cho phép phân phối linh hoạt để quản lý nhiều loại nội dung đồng thời bảo vệ quyền Trong SD-SD, khóa nội dung liệu nội dung xử lý riêng biệt SD-SD hỗ trợ sơ đồ phân phối Ghi liệu thiết bị đầu cuối kiosk Nội dung tải trước Tải xuống ghi âm Tải xuống Thẻ nhớ SD sử dụng khóa lưu trữ quan trọng Chỉ phím lưu thẻ nhớ SD Người dùng phát lại liệu nội dung thiết bị thẻ nhớ SD lắp vào thiết bị Người dùng cần sử dụng thẻ nhớ SD tuân thủ CPRM để lưu thông tin quan trọng SD-SD cung cấp số cấu hình định dạng nội dung Một số cấu hình có khả tương thích với Ứng dụng SD tương ứng, chẳng hạn Âm 15 SD-SD Âm SD Nội dung Âm SD-SD xuất dạng nội dung định dạng SD-Audio Hình 13: Quản lý nội dung truyền từ thẻ SD 7.5 Sách điện tử SD-SD (bắt buộc CPRM) Ứng dụng sách điện tử có giá trị thẻ nhớ SD o Ứng dụng sách điện tử làm tăng giá trị điện thoại di động, máy tính bảng thiết bị hiển thị khác có khe cắm SD Các nhà xuất độc giả hưởng lợi từ sách đầy đủ màu sắc, có nhiều minh họa tiểu thuyết đồ họa Hơn nữa, SD-Separate Delivery cung cấp mơ hình phân phối nội dung sách điện tử linh hoạt bao gồm thẻ nhớ SD tải sẵn tải xuống khóa o Người dùng cần sử dụng thẻ nhớ SD tuân thủ CPRM để sử dụng Sách điện tử SD-SD Các định dạng hỗ trợ o Cấu hình sách điện tử SD-SD bao gồm định dạng sách điện tử EPUB, XPS, XMDF dotbook Vì cấu hình Sách điện tử SD-SD khơng hỗ trợ sách có văn đọc mà cịn sách đa phương tiện, người đọc thưởng thức câu chuyện phong phú với hiệu ứng âm sống động luồng video trực tiếp Hình ảnh, văn túy, âm thanh, âm video lưu trữ hồ sơ dạng thành phần Hình 14: Thẻ nhớ SD tải sẵn 16 Hình 15: Thẻ SD tải trực tiếp Khuyến nghị với ứng dụng 8.1 Đối với nhiếp ảnh Một số người dùng thích sử dụng vài thẻ có kích thước nhỏ, thay thẻ có kích thước lớn để tránh nguy toàn ảnh thẻ bị hỏng Nếu bạn chụp định dạng RAW, tệp có kích thước từ 50 MB trở lên, việc sử dụng tốc độ U1 U3 mang lại lợi cho bạn Nhiều máy ảnh DSLR máy ảnh khơng gương lật chụp chế độ burst, nghĩa bạn chụp liên tiếp nhiều hình ảnh cách nhấn giữ nút chụp Ban đầu, tất hình ảnh lưu tạm thời nhớ máy ảnh, gọi nhớ đệm Sau đó, máy ảnh ghi liệu từ ảnh lưu nhớ đệm vào thẻ nhớ Máy ảnh cần truyền liệu nhanh chóng hiệu quả, đặc biệt chụp chế độ chụp hình liên tục Đó lý thẻ nhớ tốc độ cao có vai trị quan trọng để đạt hiệu suất tối ưu Thẻ cần có tốc độ ghi nhanh để tránh tình trạng nhớ đệm bị tắc nghẽn đường truyền liệu Hãy đảm bảo kiểm tra thông số kỹ thuật máy ảnh bạn để xem cấp tốc độ khuyến nghị 8.2 Thiết bị không người lái Thiết bị bay không người lái thường sử dụng thẻ microSD để lưu trữ tất cảnh quay Bạn muốn sở hữu vài thẻ nhớ microSD dung lượng lớn có khả xử lý thơng lượng nhanh chóng cho độ phân giải video 4K Hãy hỏi nhà cung cấp thiết bị bạn để dung lượng cấp tốc độ khuyến nghị cho thiết bị bay không người lái bạn Tùy thiết bị 17 bay khơng người lái có u cầu khác tùy theo nhà sản xuất thương hiệu  Ví dụ: DJI Mavic Air có dung lượng tối đa 256 GB ghi độ phân giải 4K với tốc độ ghi tối đa 120 Mb/s hay 15 MB/s Bạn muốn sở hữu thẻ có dung lượng 32 GB, 64 GB, 128 GB hay 256 GB với cấp tốc độ U3 V30 Chúng khuyên bạn nên sử dụng nhiều thẻ microSD cho thiết bị bay không người lái để giảm nguy cảnh quay thẻ nhớ bị hao mịn theo thời gian Bạn khơng biết chuyện xảy tác nghiệp trường việc lưu tất cảnh quay thẻ khiến bạn có nguy tồn cảnh quay lúc 18 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Học viện Công nghệ Bưu viễn thơng đưa mơn Thiết kế ngoại vi kỹ thuật ghép nối vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến giảng viên môn Trần Thúy Hà dạy dỗ, rèn luyện truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt kỳ học vừa qua Trong lớp học cô, chúng em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, học tập tinh thần làm việc nghiêm túc, hiệu Đây thực điều cần thiết cho q trình học tập cơng tác sau nhóm Thời lượng mơn học khơng nhiều, có cố gắng hiểu biết kỹ mơn học chúng em cịn hạn chế Do báo cáo chúng em cịn có thiếu sót chỗ chưa xác, kính mong giảng viên mơn xem xét góp ý giúp báo cáo nhóm em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 24 tháng 02 năm 2022 Sinh viên thực Hồng Đăng Phương Phạm Đình Hưng Trần Đăng Hải Nguyễn Khắc Đông Nguyễn Du ... kết nối với thẻ SD kết nối với thiết bị hỗ trợ giao diện SDIO Giao thức SDIO phát triển nâng cấp từ giao thức thẻ SD (Có nhiều nơi giữ lại giao thức đọc ghi thẻ SD) : o Giao thức SDIO bổ sung lệnh... CMD53 giao thức thẻ SD o Giao thức SDIO giao thức có bus sử dụng rộng rãi để giao tiếp thiết bị máy chủ o Thời điểm ban đầu bus giao thức SDIO sử dụng hoạt động 50MHz cịn mức 200MHz o SDIO cần... truyền 1-bit SD o Giao diện Bus SDIO Hình 2: Giao diện Bus SDIO 1.3 Điểm khác biệt SD SDIO Khác chức sử dụng SDIO dành cho I/O (chức Input Output hệ thống xử lý thông tin) với thẻ SD để lưu trữ