1 eMMC是什么

eMMC是embedded MultiMediaCard的簡(jiǎn)稱，即嵌入式多媒體卡,?是一種閃存卡的標(biāo)準(zhǔn)，它定義了基于嵌入式多媒體卡的存儲(chǔ)系統(tǒng)的物理架構(gòu)和訪問(wèn)接口及協(xié)議，具體由電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會(huì)JEDEC訂立和發(fā)布。它是對(duì)MMC的一個(gè)拓展，具有體積小，功耗低，容量大等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用作智能手機(jī)、平板電腦、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等消費(fèi)類電子設(shè)備的存儲(chǔ)介質(zhì)。

2 eMMC的構(gòu)成

eMMC是一種嵌入式、非易失的存儲(chǔ)系統(tǒng)，它主要由閃存、閃存控制器和eMMC協(xié)議接口等組成，以BGA的形式封裝在一起。eMMC的構(gòu)成如下圖所示：

圖1 eMMC?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1?閃存

閃存是一種非易失性存儲(chǔ)器，通常用來(lái)存放數(shù)據(jù)，應(yīng)用和系統(tǒng)程序等。eMMC內(nèi)部的閃存一般都屬于Nand Flash。

2.2 閃存控制器

閃存控制器主要用來(lái)對(duì)內(nèi)部的Nand Flash進(jìn)行操作和管理。由于Nand Flash自身的物理特性，需要實(shí)現(xiàn)壞塊管理、磨損均衡、ECC等諸多功能，這些功能就是由FTL（Flash Translation Layer）來(lái)實(shí)現(xiàn)。eMMC內(nèi)部集成的閃存控制器則實(shí)現(xiàn)了FTL等功能，減少了由于不同型號(hào)Nand Flash的各種特性差異，造成的軟件開(kāi)發(fā)復(fù)雜度；同時(shí)閃存控制器也提供了Cache、Memory array、interleave等多種功能，大大提高了Nand Flash讀寫(xiě)操作性能。

2.3?eMMC接口

eMMC接口主要實(shí)現(xiàn)將eMMC接入到Host的MMC總線上，與Host進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)eMMC的協(xié)議邏輯。
eMMC接口與Host之間的連接如下圖：

圖2 eMMC 接口圖
接口中各信號(hào)線的作用如下：
CLK:?時(shí)鐘信號(hào)，用于Host與Device間的同步。
Data Strobe：數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，Device端的輸出信號(hào)，用于HS400模式下，頻率與CLK相同，主要用于同步從Device端輸出的數(shù)據(jù)。
CMD:?用于傳輸從Host端發(fā)出的command和Device端發(fā)出的response。
DATA0 ~ DATA7:?用于在Host和Device間傳輸數(shù)據(jù)。
Reset?：復(fù)位信號(hào)線，主要用于Host對(duì)Device進(jìn)行復(fù)位操作。

3 eMMC的工作模式

eMMC共有5種不同的工作模式，具體如下表：

表1 eMMC工作模式?

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4 eMMC的內(nèi)部寄存器

eMMC內(nèi)部有6個(gè)不同的寄存器，主要用來(lái)存放eMMC的相關(guān)配置和狀態(tài)或設(shè)定eMMC的工作時(shí)的配置參數(shù)，方便Host查詢和操作eMMC。

內(nèi)部寄存器的具體內(nèi)容如下表：

表2 eMMC內(nèi)部寄存器

4.1 設(shè)備識(shí)別寄存器

這是128bits的寄存器，里面存放單個(gè)設(shè)備獨(dú)一無(wú)二的信息，它符合eMMC協(xié)議，當(dāng)設(shè)備處于識(shí)別狀態(tài)的時(shí)候，信息能夠被主機(jī)訪問(wèn)。具體信息見(jiàn)下表：
表3 設(shè)備識(shí)別寄存器

?

4.2 相對(duì)設(shè)備地址寄存器

這是16bits的寄存器，一旦設(shè)備被識(shí)別，設(shè)備會(huì)被主機(jī)指定相對(duì)的地址，它存在其中。當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，主機(jī)利用這些信息選擇設(shè)備，規(guī)定這個(gè)寄存器默認(rèn)的值為0X0001。如果地址變成0X0000，那么只有發(fā)送CMD7指令才可讓設(shè)備處于Stand-by State才可用。

4.3 驅(qū)動(dòng)等級(jí)寄存器

這是16bits的寄存器，它規(guī)定設(shè)備的等級(jí)，設(shè)備能通過(guò)主機(jī)進(jìn)行設(shè)置來(lái)增強(qiáng)設(shè)備的性能，例如總線的長(zhǎng)度、傳輸?shù)乃俾实葏?shù)。在設(shè)備具體數(shù)據(jù)寄存器中包括了這個(gè)寄存器使用方式的內(nèi)容。這個(gè)寄存器的默認(rèn)值是0x404。?

4.4 設(shè)備具體數(shù)據(jù)寄存器

這是128bits的寄存器，它提供了主控如何去訪問(wèn)設(shè)備的信息。它規(guī)定了數(shù)據(jù)格式、錯(cuò)誤類型、最大數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸速率、DSR寄存器是否可用等。其具體內(nèi)容如下表：
表4 設(shè)備具體數(shù)據(jù)寄存器

4.5 操作條件寄存器

這是32bits的寄存器，此寄存器包含?eMMC Device?支持的電壓模式、數(shù)據(jù)尋址模式（按?Byte?尋址?or?按?Sector?尋址）以及?Busy?標(biāo)志位。
表5 操作條件寄存器

4.6 擴(kuò)展設(shè)備具體數(shù)據(jù)寄存器

這是4096bits的寄存器，規(guī)定了設(shè)備的屬性和選擇的模式。其中的最高的320Bytes是屬性塊，提供了設(shè)備的能力信息，這些屬性是只讀的，不能被改寫(xiě)。最低的192Bytes是模式塊，定義了設(shè)備工作時(shí)的配置信息。這些配置信息可以通過(guò)命令改寫(xiě)。

5 eMMC與其他存儲(chǔ)器件的對(duì)比

5.1 eMMC VS Nand Flash

如前所述，eMMC是將Nand Flash和Flash Controller和eMMC接口等封裝在一起的小型的存儲(chǔ)系統(tǒng)，這樣做的好處是：
1.簡(jiǎn)化系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，降低開(kāi)發(fā)復(fù)雜度。生產(chǎn)Nand Flash的廠商眾多，有samsung、hynix、micron等許多廠商，每家生產(chǎn)的產(chǎn)品的技術(shù)特性都稍有差異，需要針對(duì)這些特性做兼容開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)非常復(fù)雜；而eMMC則規(guī)定了統(tǒng)一的協(xié)議接口，我們只需要根據(jù)協(xié)議做開(kāi)發(fā)，就能兼容各個(gè)廠商的eMMC產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)過(guò)程大大簡(jiǎn)化。
2.更新速度快。隨著Nand Flash制程工藝的不斷升級(jí)，主控的Flash Controller和FTL也需要不停的更新，才能支持新的Nand Flash。而eMMC將Flash Controller和Nand Flash封裝在了一起，屏蔽了由于Nand Flash制程工藝而帶來(lái)的差異，主控的controller和driver不需要做過(guò)多修改就能支持。
3.讀寫(xiě)性能更好。eMMC在Nand Flash的基礎(chǔ)上，加入了Cache、Memory array等技術(shù)，大大提高了讀寫(xiě)速度。

圖3 Nand Flash VS eMMC

5.2 eMMC VS MMC

如前所述，eMMC即embedded MMC，就是從MMC拓展而來(lái)，做了小型化處理，方便嵌入到板上，且速度方面做了提升，從0 ~ 52MHz提升到了0 ~ 200MHz。?

5.3 eMMC VS UFS

與eMMC?一樣，UFS也是一種將Nand Flash和Flash controller即協(xié)議接口封裝在一起的存儲(chǔ)系統(tǒng)。但是兩者還是有很大的區(qū)別。
1.協(xié)議接口不一樣。eMMC使用的是8bit的并行接口，而UFS使用的是串行接口。eMMC和主控之間只能進(jìn)行半雙工通信，而UFS與主控之間可以看下全雙工通信。
2.UFS的讀寫(xiě)性能比eMMC高很多。如前所述，由于eMMC使用的是并行接口，這就限制了它的最高工作頻率，目前eMMC能支持的最高工作頻率是200MHz，及它的最大傳輸帶寬為400MB/s。而UFS使用的是串行接口，則可以突破這個(gè)限制，且能進(jìn)行全雙工通信，大幅提高了讀寫(xiě)性能。以下就是eMMC與UFS的讀寫(xiě)性能的對(duì)比圖。?

圖4 eMMC/UFS性能對(duì)比圖

原文作者：內(nèi)核工匠