ExpressCard™标准简介
PCMCIA提供该文档以协助ExpressCard产品开发人员了解ExpressCard技术的特性与性能。请注意该文档并非用做设计或开发产品的技术标准。
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前言
ExpressCard是用于桌面和移动计算平台的小型模块化插件式扩展卡技术，图1展示了两例ExpressCard应用。
图1：桌面及移动计算平台的ExpressCard概念
ExpressCard扩展解决方案旨在以可扩展的高速串行接口取代应用于I/O设备的传统并行总线接口，ExpressCard技术采用两类串行接口，包括高性能集成I/O互联网解决方案PCI Express接口与USB接口，简化了升级PC Card技术以及通过ExpressCard模组集成各种外设功能的过程。
ExpressCard标准定义了两种标准模组规格，即ExpressCard/34与ExpressCard/54。ExpressCard技术提供了同时支持两种规格模组的通用插槽配置方案。另外，ExpressCard标准也允许主机系统配置仅支持ExpressCard/34模组的小尺寸插槽。
ExpressCard架构基于可扩展的模块化解决方案，提供如图2所示的多插槽支持。在多插槽主机解决方案中，所有插槽的I/O接口功能均完全相同。尽管体积较大的ExpressCard/54规格与ExpressCard/34规格相比，名义上具备140%的内部体积以及160%的散热效率，但是两种魔族规格的I/O接口性能以及驱动电源完全相同。
图2：模块化解决方案概念
ExpressCard主机接口必须支持PCI Express单通道接口，也必须支持低速、全速以及高速的USB接口标准，提供对这两种接口的支持是成为ExpressCard合规主机平台的必要条件。
ExpressCard接口
The ExpressCard接口由两组主I/O总线(PCI Express和USB)以及由主机系统通过26针连接器提供的电源组成。主机系统必须同时支持PCIe和USB总线接口。ExpressCard模组可以根据应用需要同时使用这两者接口或其中之一。表1所示为ExpressCard接口信号列表。
表1：ExpressCard接口信号列表
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信号组 |
信号 |
信号描述 |
接口类型 |
主机 |
||
|
PCI Express |
USB |
双接口 |
||||
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PCI Express |
PETp0, PETn0, PERp0, PERn0 |
PCI Express x1接口 |
R |
NC |
R |
R |
|
REFCLK+, REFCLK- |
PCI Express参考时钟频率 |
R |
NC |
R |
R |
|
|
PERST# |
PCIe重置 |
R |
NC |
R |
R |
|
|
USB |
USBD+, USBD- |
USB串行数据接口 |
NC |
R |
R |
R |
|
SMBus |
SMBDATA, SMBCLK |
SMBus |
Opt |
Opt |
Opt |
Opt |
|
系统辅助信号(System |
CPPE# |
PCI Express探测 |
R |
NC |
R |
R |
|
CLKREQ# |
请求允许REFCLK |
R |
NC |
R |
Opt |
|
|
WAKE# |
请求主机接口回复全面运行状态并响应PCI Express |
Opt |
NC |
Opt |
Opt |
|
|
CPUSB# |
USB接口探测 |
NC |
R |
R |
R |
|
|
电源 |
+3.3 V |
主电压电源，3.3V |
R |
R |
R |
R |
|
+3.3 VAUX |
辅助电压电源，3.3VAUX |
Opt |
Opt |
Opt |
R |
|
|
+1.5 V |
副电压电源，1.5V |
Opt |
Opt |
Opt |
R |
|
|
GND |
电流回路，地线 |
R |
R |
R |
R |
|
模组探测与操作
模组的探测与操作由下面几方面构成。- CPPE#与CPUSB#信号的状态
- PERST#信号的状态(仅适用于基于PCI Express的模组)
- 基于CPPE# 以及/或CLKREQ#信号状态的到插槽的REFCLK信号
- 基于WAKE#信号状态的唤醒请求(仅适用于基于PCI Express的模组)
- 基于合适接口(PCI Express或USB或两种接口)的带内功能的I/O接口探测、启动以及操作
PCI Express电源控制操作
电源供电启动时，PERST#信号的失效操作被延迟，以提供充足的时间使供电稳定以及某些优先与模组启动的系统功能开启。当主机系统进入省电模式时，主电源供应将被关闭I，例如S3或S4状态，模组在进行任何插槽供电转换之前必须先进入D3状态。
处于D3状态下，在+3.3VAUX保持供电的同时，+3.3V与+1.5V供电可以关闭。
一旦电源供应超过所指定的承受范围，PERST#信号即生效。ExpressCard模组不应该认为PERST#信号会提供电源损耗的事先警告。即便ExpressCard设备未开启唤醒功能，+3.3VAUX在主机系统休眠和关闭的状态下依然有效。
USB电源控制操作
USB模组在得到供电后进行必要的功能性重置，同时在保持必须的分离供电状态的同时，USB模组也进行主要电源与辅助电源的合并以满足某些应用的需要。I/O接口探测、启动与操作
对于所有ExpressCard模组，主机系统必须首先检测到ExpressCard模组的存在才能向插槽供电并启用相应端口。PCI Express模组工作原理
当主机提供电源后，模组端和主机端的PCI Express接口都必须处于开启状态，以便数据接口的本地探测和配置协议开始运行。
USB模组插入工作原理
当主机提供电源后，USB模组操作紧随与USB唤醒连接器以及外置USB设备同时存在的USB连接模式之后进行。
ExpressCard模组
这部分主要介绍ExpressCard模组的物理外观尺寸、电气、机械以及环境要求。模组制造商的产品必须满足相应标准要求。模组尺寸
ExpressCard标准定义了两种标准ExpressCard模组规格，即宽度为34 mm的ExpressCard/34模组以及宽度为54 mm的ExpressCard/54模组。图3和图4分别显示了ExpressCard/34模组以及ExpressCard/54模组的外观尺寸。
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图3：ExpressCard/34模组外观尺寸 |
图4：ExpressCard/54模组外观尺寸 |
- ExpressCard/34模组和ExpressCard/54模组使用相同的连接器接口。
- 模组上的EMI接地线夹为可选配置，如果模组产品需要添加该功能，则必须添加到指定位置。
- 模组连接器位置背面的形状设计有可替代的选择。
ExpressCard扩展模组的长度仅作为参考。模组制造商可以根据实际需要灵活增减。同样地，扩展模组的高度也仅供参考，模组制造商可以决定其扩展模组产品的高度。
模组发热要求
ExpressCard标准定义了模组的功耗限制。ExpressCard模组应设计运行在封闭且无空气流动的环境，且温度应与典型的主机系统环境保持一致。因此，模组制造商与系统制造商应按照热量设计功耗(TDP)的要求设计产品。环境与机械要求
ExpressCard环境测试包括以下内容：
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模组标签
如果模组产品表面使用标签的话，那么标签的厚度不能使模组的总厚度超出上图所指定的厚度。 同时标签也必须通过相应的环境测试。主机系统插槽
这部分主要介绍主机系统的要求。ExpressCard应用指南中提供了ExpressCard电气与机械设计指南以及设计范例。插槽电源控制要求
ExpressCard插槽的电源供应由主机系统内的相关硬件控制。当ExpressCard模组插入主机插槽后，主机系统通过相应针脚判断模组的存在并准备向模组供电以便模组可以进行相关操作。系统应通过模组存在逻辑决定在开启、关闭以及休眠这三种系统状态下是否应该向ExpressCard插槽供电。当ExpressCard模组插入处于关闭或者休眠状态的系统时，主机不会向模组供电。当ExpressCard模组插入处于开启状态的系统时，主机会向模组供电。如果ExpressCard模组在主机系统开启前或者从休眠状态恢复到开启状态已经插入插槽，那么主机在开启后会向模组供电。
PCI Express插槽性能寄存器
PCI Express基础标准定义了在ExpressCard系统应用中每个ExpressCard插槽使用的上游端口必须提供插槽性能寄存器。由于ExpressCard操作模型支持热插拔特性并且允许模组的意外插拔，因此每个ExpressCard插槽的状态应被初始化设定为支持热插拔以及意外热插拔。BIOS ACPI要求
为了支持ExpressCard模组应用同时使用PCI Express以及USB接口，操作系统必须能够决定两种总线接口的依赖关系，在主机接收到弹出请求的时候需要该信息。如果无法决定两种接口的内部依赖关系就执行关闭某设备的请求可能会导致其他设备出现某些不可预料的意外情况。总线依赖关系由ACPI中的_EJD项(表示弹出依赖关系)来规定，且在主机平台设计时即以通过BIOS进行了定义。
任何通过由主板主机控制器提供的端口实现ExpressCard插槽应用的主机平台都必须提供完整的_EJD ACPI BIOS表条目。
ExpressCard连接器
ExpressCard接口使用接触式连接器，虽然ExpressCard标准定义了两种模组尺寸规格(ExpressCard/34模组与ExpressCard/54模组)，但是这两种规格使用相同的连接器接口。这部分内容主要介绍ExpressCard连接器要求。模组连接器
刀片式触点位于ExpressCard模组之上。ExpressCard标准仅定义了与主机连接器相连的模组连接器前端，并没有定义与模组印刷电路板接触的连接器后端。
图5：ExpressCard模组连接器视图
建议ExpressCard模组连接器使用表面贴装技术制造，元件封装上的焊点应以序号标明。
请注意推荐模组连接器封装中未包括任何保护焊接接头免受反复插拔过程损坏的机械稳定特性。ExpressCard模组与连接器制造商应该确保ExpressCard模组连接器的机械完整性。
主机连接器
图6显示的是ExpressCard主机连接器，该连接器适合ExpressCard/34以及ExpressCard/54模组。
图6：ExpressCard主机连接器视图
