pC/FAT pC/FFS Port to MMC/SD

port to MMC/SD

Leider kann ich die Module pC/FAT sowie pC/FFS nicht frei zugänglich machen. Jedoch kann ich hier eine vereinfachte Form der MMC- und SD-Card Ports auf die SPI-Schnittstelle für diverser Controller bereit stellen.
Mittels dieser Ports kann man ein anderes FileSystem auf diese Schnittstelle, und damit auf MMC- und SD-Cards zugreifen lassen. Oder, wie als Test durch mich erfolgt, ein in Software realisierter MMC/SD-to-USB Adapter programmiert werden. Dieser meldet sich dann als MassStorage (removable media) USB-Device am PC und man hat Zugriff auf die MMC- und SD-Cards wie bei einem prof. Adapter (nur etwas langsamer, da SPI-mode und Softwarerealisierung).

Hier eine Übersicht zu den SD-Card Versionen:

SD card versions

Einschränkungen der vereinfachten MMC/SD-Ports:
- kein Interrupt- oder DMA-Mode
- keine ausführlichen Media-Infos
- kein Read / Write im CallBack Mode
- kein direkter RTOS-Support

pCFAT_Port_SPI.zip
download simplified pC/FAT Ports to MMC/SD (as ZIP)
(with MMCplus/HD-MMC/M-Bridge/SDHC/SDXC support)
(with optional McEx/ASSD-support)

Bei einer Portierung auf weitere Controller müssen neben der SPI-Speed Adaption nur einige Parameter der Hardware bekannt und entsprechend eingerichtet werden. Dazu gehören die verwendeten PIO-Pin's für WP (WriteProtect), CD (CardDetect) sowie die Einstellungen für MOSI, MISO, SCLK und /SS. Desweiteren muß der passende SPI-mode 3 eingestellt werden.

zu verwendender SPI-Mode des Controllers (Masters)
Nachfolgendes Diagramm zeigt den SPI-Mode, der für die Kommunikation mit MMC- und SD-Karten im SPI-Mode benötigt wird:
SPI-master mode

Zum Thema Geschwindigkeit
In der nachfolgenden Tabelle sind alle wichtigen Parameter der mir vorliegenden MMC/MMCplus/M-Bridge/SD/SDHC- Karten als Gegenüberstellung aufgeführt. Diese veranschaulicht recht gut, daß die SPI-Geschwindigkeit nur indirekt/relativ mit den Performanceangaben der Hersteller für MMC/SD-Modes im Zusammenhang bei SPI-Mode steht.
Dabei sind die Angaben Nac und Nbs von besonderem Interesse.
- Nac = max. Zyklen zwischen Read_CMD und Daten
- Nbs = max. Zyklen zwischen Write_CMD+Daten und End-of-Busy
Diese Angaben schwanken zwischen den verschiedenen Karten/Herstellern teils sehr stark. Sie geben eine Auskunft darüber, wie schnell der interne Speicher wirklich gelesen / geschrieben werden kann. ABER ! - auch diese Werte stellen den jeweiligen absoluten maximal-Wert dar. Das heißt aber auch wiederum, ein Speicher mit hohem Nbs kann trotzdem möglicherweise schneller mit einem Write-CMD fertig sein, als ein Speicher mit niedrigerem Nbs. Jedoch ergeben diese Angaben eine Tendenz über die vom jeweiligen Hersteller maximal möglichen/erwarteten/zulässigen Zyklen.


Card	MMC 16MB Infineon	MMC 32MB Infineon	MMC 64MB Transcend	MMC 128MB SanDisk	MMC 1GB Hama	MMCmicro 512MB X4store	RS-MMC 32MB SanDisk	MMCmobile 64MB Transcend
MID-OID	01-0000	01-0000	06-0000	02-0000	48-FFFF	6F-0000	02-0000	2C-0000
maxclk	20MHz	20MHz	20MHz	20MHz	20MHz	20MHz	20MHz	20(26)MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	10.012	10.012	10.012	10.012	800.000	50.000	100.000	50.000
Nbs	40.048	40.048	40.048	40.048	102.400.000	1.600.000	400.000	1.600.000
maxsectors	31.424	62.720	125.440	250.880	2.007.040	1.003.520	62720	125.440
sectorsize	512	512	512	512	512	512	512	512


Card	MMCmobile 512MB Transcend	MMCmobile 1GB extreme	MMCmobile 2GB green memory	MMCmobile 2GB Kingston	MMCplus 512MB Transcend	MMC 1GB extreme	MMCplus 2GB Transcend	MMCplus 4GB Pretec
MID-OID	15-0000	00-0000	6F-0000	70-0000	1E-FFFF	4B-4342	1E-FFFF	19-5944
maxclk	20(26)MHz	20MHz	20(52)MHz	20(52)MHz	20(52)MHz	20(?)MHz	20(52)MHz	20(52)MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	15.012	30.000	10.000	200.012	50.000	35.000	200.000	200.012
Nbs	1.921.536	480.000	1.280.000	25.601.536	1.600.000	1.120.000	6.400.000	25.601.536
maxsectors	1.003.520	1.935.360	1.945.600	1.983.488	990.208	2.022.912	1.981.952	1.988.096
sectorsize	512	512	1024	1024	512	512	1024	2048


Card	M-Bridge 1GB Hama	SD 16MB Panasonic	microSD 128MB Prima	SD 128MB SanDisk	SD 512MB Formel1	SD 1GB 133x SanDisk	miniSD 1GB SanDisk	microSD 1GB Hama
MID-OID	04-4450	01-4150	13-474B	03-4453	02-4D54	03-4453	03-4453	1B-4D53
maxclk	25(50)MHz	25MHz	25(50)MHz	25MHz	25MHz	25MHz	25MHz	25(50)MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	10.000	5.012	50.000	15.000	2.000	15.000	15.000	802.200
Nbs	320.000	160.384	1.600.000	240.000	64.000	240.000	240.000	12.835.200
maxsectors	1.990.656	29.120	249.344	246.016	1.000.448	1.984.000	1.984.000	1.995.776
sectorsize	512	512	512	512	512	512	512	512


Card	SD 1GB Fuji	SD 1GB premium	SD 1GB 80x Transcend	SD 2GB plus USB ATTiA	microSD 2GB SanDisk	microSD 2GB Transcend	SD 2GB Kingston	SD 2GB Panasonic
MID-OID	1B-4D53	1B-4D53	1C-5653	29-4441	03-4453	1E-4241	02-4D54	01-4150
maxclk	25(50)MHz	25(50)MHz	25MHz	25(50)MHz	25MHz	25(50)MHz	25(50)MHz	25(?)MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	802.200	802.200	50.000	10.000	15.000	200.000	400.000	5.012
Nbs	12.835.200	12.835.200	1.600.000	320.000	240.000	6.400.000	1.600.000	80.192
maxsectors	1.995.776	1.995.776	1.999.872	1.964.032	1.985.024	1.948.672	1.927.168	1.967.616
sectorsize	512	512	512	1024	1024	1024	1024	1024


Card	SD 2GB premium	SD 2GB Transcend	SD 2GB Ultra-II SanDisk	SD 4GB memoQ	SD / SDHC 4GB Transcend		SDHC 4GB Transcend	SDHC 4GB SanDisk
MID-OID	02-4D54	1B-4D53	03-4453	19-5944	1C-5653		1B-4D53	03-4453
maxclk	25(50)MHz	25(50)MHz	25MHz	25(50)MHz	25(?)MHz		25(50)MHz	25MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz		8MHz	8MHz
Nac	20.000	200.000	15.000	20.012	30.000	100.000	100.000	100.000
Nbs	640.000	6.400.000	240.000	2.561.536	120.000	250.000	250.000	250.000
maxsectors	1.921.024	1.981.440	1.931.264	1.956.352	1.967.616	7.870.464	7.811.072	7.959.552
sectorsize	1024	1024	1024	2048	2048	512	512	512


Card	SDHC 4GB Fuji	SDHC 4GB green memory	SDHC 4GB Kingston	SDHC 4GB Panasonic	SDHC 4GB Ultra-II SanDisk	SDHC 4GB Toshiba	microSDHC 4GB SanDisk	microSDHC 4GB Hama
MID-OID	1B-4D53	03-6883	02-4D54	01-4150	03-4453	02-4D54	03-4453	27-4850
maxclk	25(50)MHz	25(50)MHz	25(50)MHz	25MHz	25MHz	25(50)MHz	25MHz	25(50)MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
Nbs	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000
maxsectors	7.811.072	7.913.472	7.729.152	7.741.440	7.744.512	7.741.440	7.959.552	7.843.840
sectorsize	512	512	512	512	512	512	512	512


Card	microSDHC 8GB SanDisk	microSDHC 8GB Transcend	SDHC 8GB Reekin	SDHC 8GB green memory	SDHC 16GB Panasonic	SDHC 16GB Transcend	SDHC 16GB takeMS	SDHC 16GB PNY
MID-OID	03-4453	1E-4241	1D-4441	27-4850	01-4150	1E-4241	19-5944	02-4D54
maxclk	25MHz	25(50)MHz	25(?)MHz	25(50)MHz	25(50)MHz	25(50)MHz	25(50)MHz	25(50)MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
Nbs	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000	250.000
maxsectors	15.954.944	15.661.056	15.332.352	15.720.448	31.645.696	31.387.648	31.776.768	31.116.288
sectorsize	512	512	512	512	512	512	512	512


Card	microSDHC 16GB SanDisk	SDHC 32GB green memory	microSDHC 32GB SanDisk / ADATA	microSDHC 32GB Samsung	SDXC 64GB Transcend	microSDXC 64GB SanDisk / Team	SDXC 128GB Komputer Bay	microSDXC 128GB SanDisk
MID-OID	03-4453	02-4D54	03-4453	1B-4D53	1E-4241	03-4453	74-454A	03-4453
maxclk	25MHz	25(50)MHz	25MHz	25(50)MHz	25(50)MHz	25MHz	25(50)MHz	25MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
Nbs	250.000	250.000	250.000	250.000	500.000	500.000	500.000	500.000
maxsectors	31.116.288	63.700.992	62.333.952	61.315.072	124.925.952	124.735.488	251.394.048	249.736.192
sectorsize	512	512	512	512	512	512	512	512


Card	microSDXC 200GB SanDisk	microSDXC 400GB SanDisk	nm-card 128GB UTHAI-J39/ YAOMAISI ?
MID-OID	03-4453	03-4453	FF-0000
maxclk	25MHz	25MHz	50MHz
usedclk*	8MHz	8MHz	8MHz
Nac	100.000	100.000	100.000
Nbs	500.000	500.000	500.000
maxsectors	384.503.808	769.277.952	246.988.800
sectorsize	512	512	512

* Um vergleichbare Werte für Nac und Nbs zu erhalten, wurden die Parameter mittels des STR-H711 Boards
gelesen, da dort die maximal nutzbare CLK für SPI (bei MMC und SD Karten) 8MHz beträgt.

GD32VF103 Longan Nano

Board	MMC	MMCplus (HS-MMC)	SDxx	HS-SDxx
ATMega128	7,3728MHz (MCLK/2)
STR-H711	8MHz (MCLK/6)
LPC1114 und LCP1343	19,2MHz	48MHz	24MHz	48MHz
LCP1769	12,5MHz	50MHz	25MHz	50MHz
LPC-H2148	12MHz	24MHz
STM32-H103	18MHz (PCLKx/2)
AT91SAM7xxx	15,9744MHz	47,9232MHz	23,9616MHz	47,9232MHz
AT91SAM3SxA Stick	16(24)MHz	48MHz	24MHz	48MHz
SAMD21..	16(24)MHz	48MHz	24MHz	48MHz

Nicht unterstützte Karten:

Die Transcend 4GB MMCplus lässt sich nicht in den SPI Idle-state versetzten (GO_IDLE_STATE)
(card 394426 01 03)

Ein Blick in eine Karte? Warum nicht ...

inside Panasonic SD 16MB

inside memoQ SD 4GB

Was gibt's da so besonderes?
Der Schreibschutzschalter hat keine meldende Verbindung zum Innenleben. Das heißt, ignoriert der Adapter / der Host den Schalter, kann (wenn kein WriteProtect per Software gesetzt wurde) trotzdem geschrieben werden.

Warum unterschiedliche Angaben von maxsectors bei gleichem Brutto-Speicher ?
In eigendlich allen MMC- und SD-Karten wird Wear-Leveling betrieben, um den physikalischen Speicher gleichmäßig (max. Erase-/Schreibzyklen der Pages) zu belasten. Dabei werden die Nutzer- (logischen) Pages, z.B. mittels einer Art Tabelle, physikalischen Pages zugeordnet. Diese Verwaltung / Tabelle braucht natürlich auch eine Teil des Flash-Speichers (und darf selbst auch nicht ständig die selben phys. Pages verwenden).
Zum Wear-Leveling gibt es reichlich Patente weltweit und seit der Übernahme von M-Systems durch SanDisk liegen diese sehr zentral (->Lizenzen). Aber einige wenige gute Ideen / Alternativlösungen sind patentfrei...

Und hier noch einige hilfreiche Links zum Thema MMC/SD , SDHC sowie Wear-Leveling: