SmartMedia卡是應用在可攜式檔案儲存設備上的裝置，例如：筆記型電腦、數位相機、PDA、MP3、IA、攝影機、錄放影機、錄放音機、電子樂器、傳真機、印表機、掃瞄器、文字處理器、手持裝置.....等數據處理設備。(圖一)此外，凡是需要可攜式記憶體、版本升級或記憶體升級的設備，都可以採用它。

在技術應用上，SmartMedia Card、CompactFlash Card、Memory Stick、SecureDigital Card和MultiMedia Card都是屬於PCMCIA或稱作PC Card技術領域。目前市場上有銷售所謂六合一（另再包含MicroDrive）讀卡機，其內部就包含著可控制上述五種記憶卡的控制器（controller）。

《圖一　SanDisk SmartMedia Card》

SmartMedia技術介紹

SSFDC論壇（Solid State Floppy Disk Card Forum），早在1996年就開始制定SmartMedia技術標準。SmartMedia（NAND FLASH）卡1.0版標準是在1999年5月正式公佈；但是，連接SmartMedia卡和主機之間的SmartMedia介面標準卻遲遲未正式公佈。

最初，曾經以ISA介面和EPP並列埠介面來實現PC與NAND FLASH之間的DOS/FAT檔案傳收；現在則是遵照Toshiba公司在2000年7月1日所制定的「SmartMedia介面資料庫（SmartMedia Interface Library；SMIL）」1.0版來設計SmartMedia控制晶片、軟體或韌體，正式取代ISA或EPP介面。

SmartMedia卡1.0版標準包含四個獨立規範：機構篇、電子篇、實體格式篇、邏輯格式篇。業者必須遵守這些規範，才能確保其產品可與其它廠牌的SmartMedia控制晶片互通。

SMIL標準制定

在早期，即使現在仍然有一些業者，自行以簡單的電路設計NAND FLASH記憶卡銷售，只要是使用PC Card ATA介面插槽，而主機（筆記型電腦）上有裝設特製的檔案轉換軟體或韌體，此記憶卡就可以發揮類似SmartMedia卡的功能。但是，現在這種記憶卡是無法取得SSFDC認證的，也無法和標準的SmartMedia控制晶片互通。這種作法，在SMIL尚未正式制定之前還行的通，但是現在就不行了。

如果SmartMedia卡標準是SmartMedia裝置（device）的標準，那SMIL標準就是SmartMedia主機（host）的標準，如(圖二)所示。SMIL包含兩個獨立規範：軟體篇和硬體篇。業者設計時，必須遵守這些規範，才能確保其產品可與其它廠牌的SmartMedia軟體或硬體互通。

過去，在SMIL尚未正式公佈之前，實現SmartMedia介面大概有軟體/韌體、硬體、部份韌體和部份硬體等三種方法(圖三)，分述如下：

軟體或韌體方法

因為SmartMedia是主機（host）與NAND FLASH之間的檔案轉換（file translation）技術，所以，可以直接在主機上裝設檔案轉換軟體或韌體，如圖三下方所示，就能以串列（serial）方式與NAND FLASH通訊，而主機不需加裝SmartMedia控制晶片。此種作法，對軟體設計而言有其複雜度。這就是為甚麼後來的SMIL標準之軟體篇會比硬體篇多出100頁的原因；實際上，採用這種方法的設計難度比SMIL的軟體篇還要難，因為SMIL軟體是架在SMIL硬體之上，如圖二所示，所以SMIL軟體有SMIL暫存器可資應用。而這裡所採用的完全是軟體映射的技巧（純軟體），所以比較困難。

硬體方法

就是將檔案轉換技術以控制器硬體來實現，在主機上不需要裝設軟體，如(圖三)上方所示。這種方法對SmartMedia介面卡製造商而言很簡單，只要花錢買檔案轉換（FTL）控制器晶片，並將它嵌入到介面卡裡面就行了，當然這是不符合SmartMedia卡1.0版標準的；但對晶片設計商而言，檔案轉換控制器的技術門檻雖然不會很高，但是如果此晶片的所有功能模組都要自行開發的話，仍然需要一段時間來研發。而且設計出來的晶片是屬於特殊應用晶片（ASIC），其成本比較高，而市場效益並不大。

部份韌體和部份硬體方法

這個折衷方案是採用通用的微控制器（microcontroller）來取代既昂貴且又是特殊用途的檔案轉換控制器；另外需自行設計檔案轉換韌體，由微控制器來執行此韌體，以實現檔案轉換的功能。這種方法的成功關鍵，在於檔案轉換韌體的功能是否正確無誤，這對沒有任何軟韌體開發經驗的介面卡製造商而言，並非易事。

其實，SMIL的功能就是檔案轉換，只不過它具有軟體架在硬體之上的特殊架構。現在，SMIL統一了上述三種作法，結束了業者「各自表述、自由發揮」的年代。SMIL將對主機製造商帶來一定的影響；但對遵守SmartMedia卡1.0版標準的記憶卡製造商而言，影響甚微。當然，對那些早期自行採用上述三種方法實現SmartMedia卡的業者而言，須要修改原有的設計，以符合SMIL標準，所以其衝擊不小。

《圖二 實現SmartMedia的方法》

《圖三 實現SmartMedia介面的三種方法》

《圖四 SmartMedia卡的接腳圖》

SmartMedia卡的腳位信號

作為一種新的通訊介面必須要設計簡單、成本低，才會有經濟效益，而SmartMedia卡就具有這樣的優點。

(圖四)及(表一)是SmartMedia卡的接腳圖及腳位說明，SmartMedia使用一個8位元的多工匯流排來輸入數據和位址信號，數據輸出也是使用這個匯流排。這使得SmartMedia卡的接腳數目銳減，不管SmartMedia卡的容量有多大，其腳位永遠都是22個。而控制SmartMedia卡的控制晶片架構，如(圖五)所示，也就可以簡化了。SmartMedia卡的接腳信號和其功能分述如下：

1.數據輸出入終端（D0-7）

位址、命令、數據的輸出入通訊埠（I/O Port）。

2.命令鎖存致動（Command Latch Enable；CLE）

此輸入信號控制著命令至內部命令暫存器的路徑，可將命令傳到SmartMedia卡內部的命令暫存器中。在寫入致動（WE）為上升緣時，若命令鎖存致動為高值（high），則命令會被鎖住，輸出入通訊埠中的數據會被寫入命令暫存器中。

3.位址鎖存致動（Address Latch Enable；ALE ）

此信號決定輸入數據是寫入內部位址暫存器或數據暫存器之中。

4.寫入致動（Write Enable；WE）

將輸入數據寫入SmartMedia卡中。

5.讀出致動（Read Enable；RE）

將輸出入通訊埠中的數據，以串列方式輸出。這個信號也稱作輸出致動（Output Enable；OE）。

6.介面卡致動（Card Enable；CE）

這等同於一般的「晶片選擇（Chip Select；CS）」信號。當此信號為高值時，SmartMedia卡進入待命（standby）狀態。

7.寫入保護（Write Protect；WP）

強迫不准寫入和清除（erase）。當瞬間功率增加時，寫入保護信號必須為低值，才能使SmartMedia卡內部的高壓產生器重置（reset），避免將數據寫入FLASH中或清除FLASH中的數據。

8.預備/忙碌（Ready/Busy）

這是個開路汲極（open drain），可表示SmartMedia卡內部的作業情況。當在進行讀出、寫入、清除作業時，此接腳將會輸出低值，代表忙碌狀態；當前述作業結束時，此接腳將會輸出高值，代表預備狀態。

9.介面卡偵測（Card Detect；CD）

這是偵測SmartMedia卡用的信號，輸出接地準位（ground level）。

10.低電壓偵測（Low Voltage Detect）

偵測SmartMedia卡的工作電壓。使用3.3V NAND FLASH時，它輸出VCC；使用5V NAND FLASH時，它沒有輸出任何值；使用MASK ROM時，它輸出VCC。

11.VCC與GND

前者係指供電壓接腳，後者為接地腳。(圖六)是SmartMedia卡的內部架構，請千萬不要與圖四之SmartMedia SMIL控制器的內部架構混淆了。

《圖五 SmartMedia SMIL控制器的架構》

《表一 SmartMedia卡的腳位說明》

《圖六 SmartMedia卡內部架構》

《表二 SmartMedia控制器中的主要暫存器》

SmartMedia SMIL控制器

SmartMedia SMIL控制器是嵌入至主機系統中，它上面有SMIL驅動程式，這兩者構成了主機與SmartMedia卡之間的橋樑。

SMIL控制器的主要暫存器數量有3個，分別是：數據暫存器、模式暫存器、狀態暫存器，另外有兩個可選擇的（optional）暫存器：中斷狀態暫存器、中斷遮蔽暫存器（interrupt mask register），如(表二)。SMIL驅動程式擷取數據暫存器、模式暫存器、狀態暫存器，來驅動SMIL控制器。分述這五個暫存器如下：

1.數據暫存器

數據暫存器是執行數據傳輸的可讀寫暫存器。依據主機系統，可以是8、16、32位元數據傳輸模式。

2.模式暫存器

模式暫存器是可寫入的暫存器。設定數據暫存器的工作模式。模式設定命令是依照表三所示的規則來決定的。其中PCNT0/PCNT1是電壓控制用的，PCNT1只有在單獨控制電壓時才能為"1"，例如：開機、關機、退出抑制、退出啟動、閉鎖、開鎖、更換供電壓為3.3V或5V。每一個命令都有一個固定的8位元碼，例如：待命命令為00h。

3.狀態暫存器

狀態暫存器是唯讀的暫存器。儲存SMIL控制器目前的狀態資訊（status information），它共有8個位元，其意義分述如下：

2.中斷狀態暫存器

中斷狀態暫存器是可讀寫的暫存器。儲存SMIL控制器目前的中斷資訊，共有8個位元，其意義分述如下：

4.中斷遮蔽暫存器：中斷遮蔽（mask）暫存器是可讀寫的暫存器。儲存SMIL控制器目前的可中斷限制要件（interrupting prohibition information），它共有8個位元，其意義分述如下：

(表四)是SmartMedia卡與SMIL控制器的接腳連接說明，(表五)是擷取SMIL控制器中之暫存器的方法，(表六)是SMIL控制器的接腳說明。主機最多可以控制4個SMIL控制器，控制器的選擇是經由S0~S3和CE0~CE3輸入信號決定，其條件為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，則連接到CE0和S0的SMIL控制器此時會被啟動。

當要擷取SMIL控制器中之數據暫存器時，必須將命令選擇信號（CSEL）和中斷暫存器選擇信號（IREG）設為低值，輸出入方向則決定於－WR和－RD信號。「－」代表低值致動（pull low active）。其餘暫存器的擷取方法詳見表五。

雖然SmartMedia技術有點複雜，但是，其硬體操作卻很簡單。其硬體的操作流程如下所述：

《表三 模式設定命令》

SmartMedia卡的邏輯格式

SmartMedia 1.0版標準是使用DOS-FAT格式，而DOS-FAT格式具有三個重要參數：

1.CHS參數

DOS-FAT源自於硬碟和軟碟，所以SmartMedia卡中的FLASH也同樣具有磁柱（cylinders）或磁軌（tracks）、磁頭（head）/磁軌、磁區（sector）/磁頭，其中磁區是最基本的單位。以8MBYTES的SmartMedia卡為例，它有250個磁柱、每一個磁軌有4個磁頭、每一個磁頭有16個磁區，一個磁區有512bytes，所以總共有16,000（250*4*16）個磁區。

2.主要啟動磁區（master boot sector）

它位於第一個磁區。000h~1BDh是啟動命令區，但是不被SmartMedia卡使用。此外，還有四個分割組態，一般而言，數據都是儲存於第一個分割組態中，其它分割組態都沒有被使用。

3.分割設定（partition setup）

每個分割都各自具有一個「分割啟動磁區（partition boot sector）」，位於每個分割的最上方。檔案配置表（File Allocation Table；FAT）、磁簇（cluster）大小、檔案目錄數量、和其它有關分割的設定資訊都儲存在這裡。分割啟動磁區之後有檔案配置表區域、根目錄區域、和數據區域（data area）。

為了能讓主機上的硬碟或軟碟可以與SmartCard卡裡的FLASH交換傳送檔案和目錄，所以必須使用邏輯格式（logical format），有別於實體格式。邏輯格式是採用邏輯磁區號碼來區分儲存區域，而不是真正的實體位址。例如：8MBytes DOS-FAT的邏輯磁區號碼是從0到15999，邏輯磁區0是主要啟動磁區、邏輯磁區25是分割啟動磁區、邏輯磁區26~28是FAT區域、邏輯磁區29~31是FAT的複製區域、邏輯磁區32~47是根目錄區域、邏輯磁區48~15999是數據區域。每個區域都具有它們的出廠值，用戶可以用軟體去改變其預設值。例如：要儲存Windows作業系統中的檔案時，必須先將SmartMedia卡裡的FLASH格式化為Windows的標準才行。

邏輯格式是使用磁簇單位大小、磁簇數量來計算邏輯格式化的容量（format capacity），例如：8Mbytes的SmartMedia卡，共可格式化為997個磁簇，其格式是DOS/12 bits FAT，磁簇單位大小為8K Bytes，所以共有7976 Kbytes的格式化容量，雖然還不到實體的容量值8Mbytes。此外，DOS格式下的目錄數量是固定為256個。

當SmartMedia卡啟動後，SMIL軟體必須建立一個邏輯位址和實體位址的轉換查看表（Look-up table），藉此可將邏輯磁區的邏輯位址直接轉換為實體位址，主機的應用程式只需利用邏輯位址就可以擷取SmartMedia卡裡面的檔案內容。

在SMIL 1.0版的軟體標準中，附有SMIL軟體原始碼和說明，在此不再贅述。

結語

去年，國內製造DRAM記憶體的半導體廠商們，因DRAM價格的急劇下滑，而虧損慘重。但是，價格合理的FLASH卻在網路通訊、嵌入式系統市場中持續成長。究其主要原因在於FLASH是屬於系統整合應用技術，有一定的技術進入門檻，所以FLASH將來會衍生成客製化或朝特殊應用的領域發展，而與通用、簡單的DRAM、SRAM有所區隔。

SmartMedia卡就是應用FLASH儲存數據的電子商品，因為它需要整合軟硬體技術，所以，在價格上比技術簡單的DRAM、SRAM更加具有競爭力。而且只要業者保有完整的SmartMedia技術或其它諸如CompactFlash Card、Memory Stick、SecureDigital Card、MultiMedia Card的FLASH應用技術，就不用擔心市場會削價傾銷，造成嚴重虧損了。

《表四 SmartMedia卡與SMIL控制器的接腳連接說明》