eMMC總線協(xié)議解析

eMMC總線拓撲

在eMMC總線中，可以有一個Host，多個eMMC設(shè)備?？偩€上的所有通信都是以Host發(fā)送一個Command給eMMC開始的，eMMC對于收到的不同Command會做出不同的response，當然了eMMC對于收到的部分Command可以不做response。Host一次只能與一個eMMC設(shè)備通信。

在上電啟動后，Host會為所有eMMC設(shè)備依次分配相對地址（RCA，Relative card Address）。當Host需要和某一個eMMC設(shè)備通信時，會先通過RCA選中該eMMC設(shè)備，只有被選中的eMMC設(shè)備才會響應Host的Command。

eMMC總線協(xié)議

在系統(tǒng)上電復位后，Host必須使用eMMC總線協(xié)議指定的message來初始化eMMC設(shè)備。每個message都由下面的一個標記表示：

command：命令，一個命令是一個開始操作的標記。命令是由Host發(fā)給eMMC設(shè)備的。一個命令在CMD線上被串行傳輸。

response：響應，響應是由eMMC設(shè)備發(fā)送給Host，用于eMMC設(shè)備對先前收到命令的回復。一個響應在CMD線上被串行傳輸。

data：數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以從Host傳輸給eMMC設(shè)備，也可以從eMMC設(shè)備傳輸給Host。數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上被傳輸。用于傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線可以是1個（DAT0），4個（DAT0-DAT3）或者8個（DAT0-DAT7）。

對于每一個數(shù)據(jù)線來說，在一個時鐘周期可以傳輸1位數(shù)據(jù)，也就是SDR模式（single data rate）。當然了，在一個時鐘周期可以傳輸2位數(shù)據(jù)，也就是DDR模式（dual data rate）。

eMMC的讀和寫命令是按照block為單位進行的。讀和寫可以是單塊或者多塊。讀和寫數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)block后面會跟CRC。

eMMC讀數(shù)據(jù)

Host從eMMC設(shè)備讀取數(shù)據(jù)的流程圖如下圖所示：

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如果Host發(fā)送的是Read Single Block的命令（CMD17），那么eMMC設(shè)備只會發(fā)送一個Block的數(shù)據(jù)（一個Block數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)可以由Host通過CMD16命令設(shè)定或者為eMMC設(shè)備的默認值）。

如果Host發(fā)送的是Read Multiple Block的命令（CMD18），并且在發(fā)送CMD18之前，先發(fā)送一個SET BLOCK COUNT命令（CMD23）來設(shè)置需要讀取的數(shù)據(jù)塊數(shù)量，那么eMMC設(shè)備在傳輸完指定數(shù)量的數(shù)據(jù)塊之后，會自動結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，不需要Host主動發(fā)送Stop Command（CMD12）。

如果Host發(fā)送的是Read Multiple Block的命令（CMD18），并且在發(fā)送CMD18之前，Host沒有發(fā)送設(shè)置讀取數(shù)據(jù)塊數(shù)量的命令，那么eMMC設(shè)備會持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，直到Host主動發(fā)送Stop Command（CMD12）。

eMMC寫數(shù)據(jù)

Host向eMMC設(shè)備寫入數(shù)據(jù)的流程圖如下圖所示：

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如果Host發(fā)送的是Write Single Block的命令（CMD24），那么eMMC設(shè)備只會將后續(xù)第一個Block的數(shù)據(jù)寫入的存儲器中（一個Block數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)可以由Host通過CMD16命令設(shè)定或者為eMMC設(shè)備的默認值）。

如果Host發(fā)送的是Write Multiple Block的命令（CMD25），并且在發(fā)送CMD25之前，先發(fā)送一個SET BLOCK COUNT命令（CMD23）來設(shè)置需要寫入的數(shù)據(jù)塊數(shù)量，那么eMMC設(shè)備在接收完指定數(shù)量的數(shù)據(jù)塊之后，會自動結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸，不需要Host主動發(fā)送Stop Command（CMD12）。

如果Host發(fā)送的是Write Multiple Block的命令（CMD25），并且在發(fā)送CMD25之前，Host沒有發(fā)送設(shè)置寫入數(shù)據(jù)塊數(shù)量的命令，那么eMMC設(shè)備會持續(xù)地將接收到的數(shù)據(jù)寫入到存儲器中，直到Host主動發(fā)送Stop Command（CMD12）。

eMMC設(shè)備在接收到一個Block的數(shù)據(jù)后，會進行CRC校驗，然后將校驗結(jié)果通過CRC Token發(fā)送給Host。發(fā)送完CRC Token后，如果CRC校驗成功，eMMC設(shè)備會將數(shù)據(jù)寫入到內(nèi)部存儲器，此時DAT0信號會拉低，作為Busy信號。Host會持續(xù)檢測DAT0信號，直到為高電平時，才會接著發(fā)送下一個Block的數(shù)據(jù)。如果CRC校驗失敗，那么eMMC設(shè)備不會進行數(shù)據(jù)寫入，此次傳輸?shù)暮罄m(xù)數(shù)據(jù)都會被忽略。

eMMC無數(shù)據(jù)和無響應命令示意

在Host與eMMC設(shè)備的通信中，有部分命令是不需要進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，還有部分命令不需要eMMC設(shè)備回復Response，示意圖如下所示：

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eMMC命令

eMMC命令類型

eMMC協(xié)議定義了4種類型的命令，包括：bc、bcr、ac和adtc，這些命令類型的說明如下：

bc：broadcast commands（bc），bc是廣播命令，主機發(fā)送bc命令給eMMC設(shè)備后，eMMC設(shè)備不需要回復響應（response）。

bcr：broadcast commands with response（bcr），bcr是需要eMMC設(shè)備回復響應的廣播命令。

ac：addressed（point-to-point） commands（ac），ac是數(shù)據(jù)線（DAT lines）無數(shù)據(jù)傳輸?shù)模╪o data transfer）點對點（point-to-point）命令。

adtc：addressed（point-to-point） data transfer commands（adtc），adtc是數(shù)據(jù)線有數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點命令。

所有的命令（command）和響應（response）都是在CMD線上進行傳輸?shù)?。發(fā)送命令或響應時先發(fā)送起始位（Start bit），最后發(fā)送結(jié)束位（End bit）。

eMMC命令格式

eMMC的Command格式如下圖所示：

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eMMC的Command由48 bits組成，所有的eMMC命令都以01開始，以1結(jié)尾。所有的eMMC命令都是在CMD線上進行傳輸?shù)?，發(fā)送命令時先發(fā)送命令的起始位（Start bit），最后發(fā)送命令的結(jié)束位（End bit）。eMMC命令各個位的說明如下圖所示：

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Start Bit：起始位，固定為0，在沒有命令傳輸?shù)那闆r下，CMD線上的信號保持高電平，當Host將Start Bit發(fā)送到總線上時，eMMC設(shè)備可以很方便檢測到命令的Start Bit（CMD線上的信號由高電平變?yōu)榈碗娖剑?，并開始接收Command。

Transmission Bit：傳輸位，固定為1，該位指示CMD線上數(shù)據(jù)的傳輸方向，該位為1，表示CMD線上數(shù)據(jù)的傳輸方向為從Host到eMMC設(shè)備。

Command Index和Argument：命令索引和命令參數(shù)，Command Index和Argument是命令的具體內(nèi)容，不同的命令Command Index不同，不同的命令Argument也不相同。

CRC：CRC校驗值，包含Start Bit、Transmission Bit、Command Index和Argument內(nèi)容的CRC校驗值。

End Bit：結(jié)束位，固定為1。

eMMC命令類別

eMMC的命令被劃分成多種不同的類別。每一種命令類別支持一個設(shè)備功能的子集。

Class 0是所有eMMC設(shè)備都必須支持的命令類別。其他的命令類別根據(jù)具體的設(shè)備類型可以是必須支持的，也可以是可選的。

eMMC命令類別描述如下：

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Host可以通過讀取CSD寄存器的CCC [95:84]位域，來了解當前eMMC設(shè)備對命令類別的支持情況，對應的位域值為1，就表示該eMMC設(shè)備支持對應的命令類別。

審核編輯：湯梓紅