SmartMedia卡是应用在可携式档案储存设备上的装置，例如：笔记型电脑、数位相机、PDA、MP3、IA、摄影机、录放影机、录放音机、电子乐器、传真机、印表机、扫瞄器、文字处理器、手持装置.....等数据处理设备。 (图一)此外，凡是需要可携式记忆体、版本升级或记忆体升级的设备，都可以采用它。

在技​​术应用上，SmartMedia Card、CompactFlash Card、Memory Stick、SecureDigital Card和MultiMedia Card都是属于PCMCIA或称作PC Card技术领域。目前市场上有销售所谓六合一（另再包含MicroDrive）读卡机，其内部就包含着可控制上述五种记忆卡的控制器（controller）。

《图一 SanDisk SmartMedia Card》

SmartMedia技术介绍

SSFDC论坛（Solid State Floppy Disk Card Forum），早在1996年就开始制定SmartMedia技术标准。 SmartMedia（NAND FLASH）卡1.0版标准是在1999年5月正式公布；但是，连接SmartMedia卡和主机之间的SmartMedia介面标准却迟迟未正式公布。

最初，曾经以ISA介面和EPP并列埠介面来实现PC与NAND FLASH之间的DOS/FAT档案传收；现在则是遵照Toshiba公司在2000年7月1日所制定的「SmartMedia介面资料库（SmartMedia Interface Library；SMIL）」1.0版来设计SmartMedia控制晶片、软体或韧体，正式取代ISA或EPP介面。

SmartMedia卡1.0版标准包含四个独立规范：机构篇、电子篇、实体格式篇、逻辑格式篇。业者必须遵守这些规范，才能确保其产品可与其它厂牌的SmartMedia控制晶片互通。

SMIL标准制定

在早期，即使现在仍然有一些业者，自行以简单的电路设计NAND FLASH记忆卡销售，只要是使用PC Card ATA介面插槽，而主机（笔记型电脑）上有装设特制的档案转换软体或韧体，此记忆卡就可以发挥类似SmartMedia卡的功能。但是，现在这种记忆卡是无法取得SSFDC认证的，也无法和标准的SmartMedia控制晶片互通。这种作法，在SMIL尚未正式制定之前还行的通，但是现在就不行了。

如果SmartMedia卡标准是SmartMedia装置（device）的标准，那SMIL标准就是SmartMedia主机（host）的标准，如(图二)所示。 SMIL包含两个独立规范：软体篇和硬体篇。业者设计时，必须遵守这些规范，才能确保其产品可与其它厂牌的SmartMedia软体或硬体互通。

过去，在SMIL尚未正式公布之前，实现SmartMedia介面大概有软体/韧体、硬体、部份韧体和部份硬体等三种方法(图三)，分述如下：

软体或韧体方法

因为SmartMedia是主机（host）与NAND FLASH之间的档案转换（file translation）技术，所以，可以直接在主机上装设档案转换软体或韧体，如图三下方所示，就能以串列（ serial）方式与NAND FLASH通讯，而主机不需加装SmartMedia控制晶片。此种作法，对软体设计而言有其复杂度。这就是为什么后来的SMIL标准之软体篇会比硬体篇多出100页的原因；实际上，采用这种方法的设计难度比SMIL的软体篇还要难，因为SMIL软体是架在SMIL硬体之上，如图二所示，所以SMIL软体有SMIL暂存器可资应用。而这里所采用的完全是软体映射的技巧（纯软体），所以比较困难。

硬体方法

就是将档案转换技术以控制器硬体来实现，在主机上不需要装设软体，如(图三)上方所示。这种方法对SmartMedia介面卡制造商而言很简单，只要花钱买档案转换（FTL）控制器晶片，并将它嵌入到介面卡里面就行了，当然这是不符合SmartMedia卡1.0版标准的；但对晶片设计商而言，档案转换控制器的技术门槛虽然不会很高，但是如果此晶片的所有功能模组都要自行开发的话，仍然需要一段时间来研发。而且设计出来的晶片是属于特殊应用晶片（ASIC），其成本比较高，而市场效益并不大。

部份韧体和部份硬体方法

这个折衷方案是采用通用的微控制器（microcontroller）来取代既昂贵且又是特殊用途的档案转换控制器；另外需自行设计档案转换韧体，由微控制器来执行此韧体，以实现档案转换的功能。这种方法的成功关键，在于档案转换韧体的功能是否正确无误，这对没有任何软韧体开发经验的介面卡制造商而言，并非易事。

其实，SMIL的功能就是档案转换，只不过它具有软体架在硬体之上的特殊架构。现在，SMIL统一了上述三种作法，结束了业者「各自表述、自由发挥」的年代。 SMIL将对主机制造商带来一定的影响；但对遵守SmartMedia卡1.0版标准的记忆卡制造商而言，影响甚微。当然，对那些早期自行采用上述三种方法实现SmartMedia卡的业者而言，须要修改原有的设计，以符合SMIL标准，所以其冲击不小。

《图二 实现SmartMedia的方法》

《图三 实现SmartMedia接口的三种方法》

《图四 SmartMedia卡的接脚图》

SmartMedia卡的脚位信号

作为一种新的通讯介面必须要设计简单、成本低，才会有经济效益，而SmartMedia卡就具有这样的优点。

(图四)及(表一)是SmartMedia卡的接脚图及脚位说明，SmartMedia使用一个8位元的多工汇流排来输入数据和位址信号，数据输出也是使用这个汇流排。这使得SmartMedia卡的接脚数目锐减，不管SmartMedia卡的容量有多大，其脚位永远都是22个。而控制SmartMedia卡的控制晶片架构，如(图五)所示，也就可以简化了。 SmartMedia卡的接脚信号和其功能分述如下：

1.数据输出入终端（D0-7）

位址、命令、数据的输出入通讯埠（I/O Port）。

2.命令锁存至动(Command Latch Enable;CLI)

此输入信号控制着命令至内部命令暂存器的路径，可将命令传到SmartMedia卡内部的命令暂存器中。在写入致动（WE）为上升缘时，若命令锁存致动为高值（high），则命令会被锁住，输出入通讯埠中的数据会被写入命令暂存器中。

3.位址锁存至动(Address Latch Enable;ALE )

此信号决定输入数据是写入内部位址暂存器或数据暂存器之中。

4.写入致动（Write Enable；WE）

将输入数据写入SmartMedia卡中。

5.读出致动（Read Enable；RE）

将输出入通讯埠中的数据，以串列方式输出。这个信号也称作输出致动（Output Enable；OE）。

6.介面卡致动（Card Enable；CE）

这等同于一般的「晶片选择（Chip Select；CS）」信号。当此信号为高值时，SmartMedia卡进入待命（standby）状态。

7.写入保护（Write Protect；WP）

强迫不准写入和清除（erase）。当瞬间功率增加时，写入保护信号必须为低值，才能使SmartMedia卡内部的高压产生器重置（reset），避免将数据写入FLASH中或清除FLASH中的数据。

8.预备/忙碌（Ready/Busy）

这是个开路汲极（open drain），可表示SmartMedia卡内部的作业情况。当在进行读出、写入、清除作业时，此接脚将会输出低值，代表忙碌状态；当前述作业结束时，此接脚将会输出高值，代表预备状态。

9.介面卡侦测（Card Detect；CD）

这是侦测SmartMedia卡用的信号，输出接地准位（ground level）。

10.低电压侦测（Low Voltage Detect）

侦测SmartMedia卡的工作电压。使用3.3V NAND FLASH时，它输出VCC；使用5V NAND FLASH时，它没有输出任何值；使用MASK ROM时，它输出VCC。

11.VCC与GND

前者系指供电压接脚，后者为接地脚。 (图六)是SmartMedia卡的内部架构，请千万不要与图四之SmartMedia SMIL控制器的内部架构混淆了。

《图五 SmartMedia SMIL控制器的架构》

《表一 SmartMedia卡的脚位说明》

《图六 SmartMedia卡内部架构》

《表二 SmartMedia控制器中的主要缓存器》

Smart Media SMI控制器

Smart Media SMIL控制器是嵌入至主机系统中,它上面有SMIL驱动程式,这两者构成了主机与SmartMedia卡之间的桥梁。

SMIL控制器的主要暂存器数量有3个，分别是：数据暂存器、模式暂存器、状态暂存器，另外有两个可选择的（optional）暂存器：中断状态暂存器、中断遮蔽暂存器（interrupt mask register），如(表二)。 SMIL驱动程式撷取数据暂存器、模式暂存器、状态暂存器，来驱动SMIL控制器。分述这五个暂存器如下：

1.数据暂存器

数据暂存器是执行数据传输的可读写暂存器。依据主机系统，可以是8、16、32位元数据传输模式。

2.模式暂存器

模式暂存器是可写入的暂存器。设定数据暂存器的工作模式。模式设定命令是依照表三所示的规则来决定的。其中PCNT0/PCNT1是电压控制用的，PCNT1只有在单独控制电压时才能为"1"，例如：开机、关机、退出抑制、退出启动、闭锁、开锁、更换供电压为3.3V或5V。每一个命令都有一个固定的8位元码，例如：待命命令为00h。

3.状态暂存器

状态暂存器是唯读的暂存器。储存SMIL控制器目前的状态资讯（status information），它共有8个位元，其意义分述如下：

2.中断状态暂存器

中断状态暂存器是可读写的暂存器。储存SMIL控制器目前的中断资讯，共有8个位元，其意义分述如下：

4.中断遮蔽暂存器：中断遮蔽（mask）暂存器是可读写的暂存器。储存SMIL控制器目前的可中断限制要件（interrupting prohibition information），它共有8个位元，其意义分述如下：

(表四)是SmartMedia卡与SMIL控制器的接脚连接说明，(表五)是撷取SMIL控制器中之暂存器的方法，(表六)是SMIL控制器的接脚说明。主机最多可以控制4个SMIL控制器，控制器的选择是经由S0~S3和CE0~CE3输入信号决定，其条件为CE=（S0=CE0）且（S1=CE1）且（S2=CE2）且（S3=CE3），例如：S0=CE0=Vcc，且（S1=CE1）=（S2=CE2）=（S3=CE3）=低值，则连接到CE0和S0的SMIL控制器此时会被启动。

当要撷取SMIL控制器中之数据暂存器时，必须将命令选择信号（CSEL）和中断暂存器选择信号（IREG）设为低值，输出入方向则决定于－WR和－RD信号。 「－」代表低值致动（pull low active）。其余暂存器的撷取方法详见表五。

虽然SmartMedia技术有点复杂，但是，其硬体操作却很简单。其硬体的操作流程如下所述：

《表三 模式设定命令》

SmartMedia卡的逻辑格式

SmartMedia 1.0版标准是使用DOS-FAT格式，而DOS-FAT格式具有三个重要参数：

1.CHS参数

DOS-FAT源自于硬碟和软碟，所以SmartMedia卡中的FLASH也同样具有磁柱（cylinders）或磁轨（tracks）、磁头（head）/磁轨、磁区（sector）/磁头，其中磁区是最基本的单位。以8MBYTES的SmartMedia卡为例，它有250个磁柱、每一个磁轨有4个磁头、每一个磁头有16个磁区，一个磁区有512bytes，所以总共有16,000（250*4*16）个磁区。

2.主要启动磁区（master boot sector）

它位于第一个磁区。 000h~1BDh是启动命令区，但是不被SmartMedia卡使用。此外，还有四个分割组态，一般而言，数据都是储存于第一个分割组态中，其它分割组态都没有被使用。

3.分割设定（partition setup）

每个分割都各自具有一个「分割启动磁区（partition boot sector）」，位于每个分割的最上方。档案配置表（File Allocation Table；FAT）、磁簇（cluster）大小、档案目录数量、和其它有关分割的设定资讯都储存在这里。分割启动磁区之后有档案配置表区域、根目录区域、和数据区域（data area）。

为了能让主机上的硬碟或软碟可以与SmartCard卡里的FLASH交换传送档案和目录，所以必须使用逻辑格式（logical format），有别于实体格式。逻辑格式是采用逻辑磁区号码来区分储存区域，而不是真正的实体位址。例如：8MBytes DOS-FAT的逻辑磁区号码是从0到15999，逻辑磁区0是主要启动磁区、逻辑磁区25是分割启动磁区、逻辑磁区26~28是FAT区域、逻辑磁区29~31是FAT的复制区域、逻辑磁区32~47是根目录区域、逻辑磁区48~15999是数据区域。每个区域都具有它们的出厂值，用户可以用软体去改变其预设值。例如：要储存Windows作业系统中的档案时，必须先将SmartMedia卡里的FLASH格式化为Windows的标准才行。

逻辑格式是使用磁簇单位大小、磁簇数量来计算逻辑格式化的容量（format capacity），例如：8Mbytes的SmartMedia卡，共可格式化为997个磁簇，其格式是DOS/12 bits FAT，磁簇单位大小为8K Bytes，所以共有7976 Kbytes的格式化容量，虽然还不到实体的容量值8Mbytes。此外，DOS格式下的目录数量是固定为256个。

当SmartMedia卡启动后，SMIL软体必须建立一个逻辑位址和实体位址的转换查看表（Look-up table），借此可将逻辑磁区的逻辑位址直接转换为实体位址，主机的应用程式只需利用逻辑位址就可以撷取SmartMedia卡里面的档案内容。

在SMIL 1.0版的软体标准中，附有SMIL软体原始码和说明，在此不再赘述。

结语

去年，国内制造DRAM记忆体的半导体厂商们，因DRAM价格的急剧下滑，而亏损惨重。但是，价格合理的FLASH却在网路通讯、嵌入式系统市场中持续成长。究其主要原因在于FLASH是属于系统整合应用技术，有一定的技术进入门槛，所以FLASH将来会衍生成客制化或朝特殊应用的领域发展，而与通用、简单的DRAM、SRAM有所区隔。

SmartMedia卡就是应用FLASH储存数据的电子商品，因为它需要整合软硬体技术，所以，在价格上比技术简单的DRAM、SRAM更加具有竞争力。而且只要业者保有完整的SmartMedia技术或其它诸如CompactFlash Card、Memory Stick、SecureDigital Card、MultiMedia Card的FLASH应用技术，就不用担心市场会削价倾销，造成严重亏损了。

《表四 SmartMedia卡与SMIL控制器的接脚连接说明》