eMMC基礎知識介紹課件

eMMC基礎知識介紹eMMC基礎知識介紹1主要內容eMMC的基本概念eMMC總線和寄存器的相關介紹eMMC的工作模式主要內容2什么是eMMCeMMC全稱是EmbeddedMultiMediaCard（嵌入式多媒體卡）由一個嵌入式存儲解決方案組成，帶有MMC接口、NANDFlash以及MMC控制器，這些結構都被封裝在一個小型BGA中。簡單的來說，eMMC=NANDFlash+MMC控制芯片+MMC標準接口。什么是eMMCeMMC全稱是EmbeddedMultiM3eMMC的優(yōu)勢eMMC在內部集成了存儲控制器，其中包含了協(xié)議、擦寫均衡、壞塊管理、ECC校驗、電源管理、時鐘管理、數(shù)據(jù)存取等功能。相比于直接將NANDFlash接入到主機進行使用，eMMC屏蔽了NANDFlash的物理特性，這樣減少了主機端軟件的復雜度，讓主機端專注于上層業(yè)務，省去了對NANDFlash的特殊處理。同時，eMMC還運用了緩存、存儲陣列等技術，在讀寫性能上也比NANDFlash要好很多。

因此，eMMC也逐漸成為了目前最常用的移動設備本地存儲解決方案。eMMC的優(yōu)勢eMMC在內部集成了存儲控制器，其中包含了協(xié)議4eMMC與SD的關系eMMC和SD的技術本質是一樣的，都是從MMC規(guī)范演化而來,使用相同的總線規(guī)范；eMMC強調的是多媒體存儲（MM，MultiMedia）；SD強調的是安全和數(shù)據(jù)保護（S，Secure）；eMMC與SD的關系eMMC和SD的技術本質是一樣的，都是從5目前eMMC協(xié)議規(guī)范最新的版本是JESD84-B51，它規(guī)范了總線接口以及控制芯片，而對在系統(tǒng)架構中的主機和存儲陣列部分的內容并沒有未完全規(guī)定。

eMMC協(xié)議規(guī)范目前eMMC協(xié)議規(guī)范最新的版本是JESD84-B51，它6eMMC總線

eMMC的總線由11條信號線組成，一條時鐘信號線（CLK），一條數(shù)據(jù)選通信號線（DataStrobe），一條命令信號線（CMD），八條數(shù)據(jù)信號線（DAT０-7）。

CLK用于從主機輸出時鐘信號，進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐胶驮O備運作的驅動。在一個時鐘周期內，CMD和DAT0-7上都可以支持傳輸1

bit數(shù)據(jù)，即SDR（SingleDataRate）模式。此外，DAT0-7信號還支持配置為DDR（DoubleDataRate）模式，在一個時鐘周期內，可以傳輸2bits數(shù)據(jù)。eMMC總線eMMC的總線由11條信號線組成，一條時鐘信7

DataStrobe是在eMMC5.0中引入的一根時鐘信號線。它是由eMMC發(fā)送給主機的，且頻率與時鐘線相同，用于和主機端進行數(shù)據(jù)接收的同步。該信號線只能在HS400模式下配置啟用，啟用后可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

CMD線是雙向命令通道信號線，用于主機向eMMC發(fā)送命令以及eMMC向主機回傳應答。CMD線在上電后都是保持高電平狀態(tài)，因此命令和應答數(shù)據(jù)的起始位都是“0”。下圖就是命令和應答的具體格式。eMMC總線命令格式應答格式DataStrobe是在eMMC5.0中引入的一根時8eMMC總線

DAT線用于主機和eMMC之間的數(shù)據(jù)傳輸。在設備上電或者軟復位后，只有DAT0可以進行數(shù)據(jù)傳輸，在eMMC完成初始化后，可通過命令CMD6配置DAT0-3或者DAT0-7進行數(shù)據(jù)傳輸，即將eMMC配置為4bits或者8bits傳輸模式。但所有的傳輸模式下，數(shù)據(jù)塊的結構都是大致相同的，都是由起始位“0”，數(shù)據(jù)，CRC16和停止位“1”這四部分組成的。以下是在不同傳輸模式下，數(shù)據(jù)塊的格式。

1bitSDR模式4bitsSDR模式8bitsSDR模式eMMC總線DAT線用于主機和eMMC之間的數(shù)據(jù)傳輸。在9eMMC總線

在雙倍數(shù)據(jù)率模式下，DAT線在時鐘的上升沿和下降沿都會傳輸數(shù)據(jù)，其中上升沿傳輸數(shù)據(jù)的奇數(shù)字節(jié)（Byte1,3,5...），下降沿則傳輸數(shù)據(jù)的偶數(shù)字節(jié)（Byte2,4,6...），每條DAT線上都有兩個相互交織的CRC16，上升沿的CRC比特組成oddCRC16，用于校驗該DAT線上所有上升沿比特組成的數(shù)據(jù)。下降沿的CRC比特組成evenCRC16，用于校驗該DAT線上所有下降沿比特組成的數(shù)據(jù)。8bitsDDR模式4bitsSDR模式eMMC總線在雙倍數(shù)據(jù)率模式下，DAT線在時鐘的上升沿和10eMMC傳輸速率

隨著eMMC協(xié)議的版本迭代，eMMC總線的速率越來越高。為了兼容舊版本的設備，所有設備在上電或者重啟后，都會先進入兼容速率模式。在完成設備的初始化后，主機可以通過命令CMD6，讓設備進入其他高速率模式。目前eMMC支持的傳輸速率如下表所示。eMMC傳輸速率隨著eMMC協(xié)議的版本迭代，eMMC總線11

主機就是通過命令對控制芯片的寄存器進行讀寫，來完成對eMMC的操作?？刂菩酒募拇嫫髦饕幸韵虏糠郑?/p>

OCR，工作條件寄存器，存放設備的電壓信息概況和訪問模式；

CID，設備識別寄存器，存放設備在識別階段所使用到的設備識別信息。每個設備都有一個獨一無二的識別號；

RCA，相對地址寄存器，存放設備在識別階段主機分配的設備地址。此地址用于設備識別之后主機與設備之間的尋址通訊；

CSD，數(shù)據(jù)寄存器，寄存著設備內容訪問方式的信息，其中定義了數(shù)據(jù)格式、讀寫數(shù)據(jù)塊的大小、最長數(shù)據(jù)訪問時間、數(shù)據(jù)傳輸速度、DSR寄存器是否可用等。

EXT_CSD，擴展數(shù)據(jù)寄存器，定義了設備屬性和選定的模式。它長512字節(jié)，高320位字節(jié)是屬性段，定義了設備能力，不能被主機更改。低192位字節(jié)是模式段，定義了設備的工作配置。主機可以被通過SWITCH命令（CMD6）改變這些配置。

DSR，驅動寄存器，用于擴展操作條件以提高總線性能（取決于總線長度、傳輸速率或設備數(shù)等參數(shù)）。

QSR，隊列狀態(tài)寄存器，存儲著在特定時間點隊列中的任務狀態(tài)。eMMC控制芯片主機就是通過命令對控制芯片的寄存器進行讀寫，來完成對eM12eMMC標準中，內部的存儲空間被劃分為了4類區(qū)域，最多可以支持8個硬件分區(qū)。引導分區(qū),存儲引導信息；RPMB分區(qū),存儲一些有防止非法篡改需求的數(shù)據(jù)，如：手機上指紋支付相關的公鑰、序列號等；通用分區(qū),屬于可選分區(qū)，可以為分區(qū)設置一些額外的屬性，比如：提高該分區(qū)的讀寫性能、壽命以及穩(wěn)定性或者將這些用來作為存放操作系統(tǒng)類的、很少進行擦寫更新的分區(qū)等。用戶數(shù)據(jù)分區(qū)；eMMC分區(qū)eMMC標準中，內部的存儲空間被劃分為了4類區(qū)域，最多可以支13eMMC啟動流程1、上電

eMMC上電后，會進入到pre-idle狀態(tài)，除此之外，eMMC還可以通過以下兩種方法進入到pre-idle狀態(tài)

1）軟件復位，設備收到從主機發(fā)來的GO_PRE_IDLE_STATE命令（參數(shù)為0xF0F0F0F0的CMD0）；

2）硬件復位，可以通過主機拉高RST_n信號線來觸發(fā)。２、eMMC確認是否需要進入引導模式

eMMC的寄存器位BOOT_PARTITION_ENABLE（EXT_CSDbyte[179]）中有引導配置。eMMC可以通過這些配置確認是否需要進入引導模式以及引導分區(qū)。如果沒有啟用引導模式，那么eMMC將直接進入到idle狀態(tài)。eMMC啟動流程1、上電14eMMC啟動流程3、eMMC進入引導模式如果啟用了引導模式，并且檢測到CMD線被拉低了74個時鐘周期后，eMMC就會進入引導模式，并開始準備向主機發(fā)送引導數(shù)據(jù)。

在CMD線被拉低1秒之內，eMMC開始在DAT線上向主機發(fā)送引導數(shù)據(jù)。主機在讀取引導數(shù)據(jù)時，必須保持CMD線為低。如果eMMC啟用了引導確認，那么eMMC必須在CMD線被拉低50ms之內向主機發(fā)送數(shù)據(jù)“010”，確認引導模式。當引導數(shù)據(jù)全部發(fā)送到主機后，引導操作將結束。在執(zhí)行引導操作之后，主機需要通過發(fā)送CMD1，啟動eMMC的正常初始化流程。eMMC啟動流程3、eMMC進入引導模式154、替代的引導操作

如果啟用了引導模式，并且檢測到CMD線維持在高電平74個時鐘周期后，收到了參數(shù)為0xFFFFFFFA的CMD0命令，eMMC同樣會進入引導模式，并開始準備向主機發(fā)送引導數(shù)據(jù)。eMMC啟動流程4、替代的引導操作

如果啟用了引導模式，并且檢測到CM16eMMC啟動流程5、idle狀態(tài)

eMMC在退出引導模式后，會進入到設備識別模式中的idle狀態(tài)。如果沒有啟用引導模式，上電、硬件重置或軟件重置后，都會使eMMC進入Idle狀態(tài)。在idle狀態(tài)下，eMMC會進行內部初始化，此時主機需要持續(xù)發(fā)送CMD1命令，查詢eMMC是否已經(jīng)完成初始化，同時確認eMMC的工作電壓和尋址模式。

主機發(fā)送的CMD1命令中，包含了主機所支持的工作電壓和尋址模式信息，eMMC在接收到這些信息后，會進行匹配。如果eMMC和主機所支持的工作電壓和尋址模式不匹配，那么eMMC會進入Inactive狀態(tài)。要訪問已經(jīng)處于Inactive狀態(tài)的eMMC，主機就必須通過關斷并重開電源來進行硬復位。eMMC啟動流程5、idle狀態(tài)17eMMC啟動流程5、設備識別模式

eMMC完成內部初始化后，會進入Ready狀態(tài)。主機可以通過發(fā)送CMD2廣播命令獲取總線上所有進入Ready狀態(tài)的eMMC的CID?？偩€上所有處于Ready狀態(tài)的eMMC在接收到CMD2后，都會發(fā)送其CID，同時逐比特地監(jiān)視其輸出的比特流，那些在任何一個比特周期內，輸出的CID比特與CMD線上相應比特不匹配的設備，會立即停止發(fā)送其CID，并等待下一個識別循環(huán)。由于每張eMMC的CID都是唯一的，因此最后只會有一張eMMC能成功地發(fā)送完整的CID到主機，并進入到Identification狀態(tài)。接下來，主機發(fā)送CMD3賦予這個eMMC一個相對設備地址（RCA）

，使設備進入到Stand-by狀態(tài)。

到這里，主機就可以對eMMC進行正常的讀寫操作了。eMMC啟動流程5、設備識別模式18eMMC傳輸模式主機可以通過命令CMD7，將指定的eMMC從Stand-by狀態(tài)切換到Transfer狀態(tài)，然后對eMMC進行讀寫操作。

主機向eMMC發(fā)送讀取命令后，eMMC會根據(jù)命令參數(shù)，向主機發(fā)送對應的數(shù)據(jù)塊，發(fā)送結束后，eMMC會重新進入Transfer狀態(tài)。主機向eMMC發(fā)送寫入命令后，eMMC會根據(jù)命令參數(shù)，接收從主機發(fā)來的數(shù)據(jù)塊，每接收一個數(shù)據(jù)塊，eMMC都會進行CRC校驗，校驗無誤后，eMMC會進入Programming狀態(tài)