eMMC的结构和电源配置
最新的emmc产品遵循jedec emmc 5.1标准，该标准定义了emmc的通信信号、命令、内部寄存器、特性，并为系统设计人员提供指导。它是工业应用和汽车应用的嵌入式存储解决方案的理想选择，这些应用需要在广泛的工作温度范围内具有高性能。emmc也是nand flash的一种，属于并行类别，由于控制系统的不同以及速率差异，将emmc独立出来，其容量可以覆盖到很大的区间，从1gb到256gb甚至更高，采用8位并行数据接口。
1.1 结构图emmc是使用mmc协议v5.1一个简单的读写内存。emmc将tlc模式nand和emmc控制器封装在内部，作为一个jedec标准封装，为主机提供标准接口。emmc控制器（三星称为ftl：过渡层）直接管理nand flash，包括ecc、损耗均衡、iops优化和读取感应、cmd/区块管理。
图1 emmc结构
从图 1可以看到，emmc包括控制器，mmc接口，nand接口和nand闪存单元。vdd（vccq）用于控制器电源（接口电源），vcc用于闪存电源。reset用于复位。
1.2 数据接口定义clk
用于从 host 端输出时钟信号，进行数据传输的同步和设备运作的驱动，频率为0-200mhz。在一个时钟周期内，cmd 和 dat0-7 信号上都可以支持传输1个比特，即 sdr (single data rate) 模式。此外，dat0-7 信号还支持配置为 ddr (double data rate) 模式，在一个时钟周期内，可以传输2个比特。
host可以在通讯过程中动态调整时钟信号的频率（范围需要满足 spec 的定义）。通过调整时钟频率，可以实现省电或者数据流控（避免 over-run 或者 under-run）功能。在一些场景中，host还可以关闭时钟，例如 emmc 处于 busy 状态时，或者接收完数据进入programming state 时。
cmd
cmd 信号是设备初始化和命令传输的双向通道，主要用于 host 向 emmc 发送 command 和 emmc 向 host 发送对应的 response。cmd信号有2种工作模式：
1#：漏极开路 ---> 用于初始化模式
2#：推拉模式 ---> 用于快速命令传输
dat [7:0]
双向数据信号，dat0-7 信号主要用于 host 和 emmc 之间的数据传输。在emmc上电或软复位（即重置）后，只有 dat0 可以进行数据传输（模式0）。完成初始化后，可配置 dat0-3（模式4）或者 dat0-7（模式8）进行数据传输，即数据总线可以配置为 4 bits 或者 8 bits 模式。
dat信号在推挽模式下工作。数据线dat0-dat7内部上拉。进入4位模式后，emmc立即断开线路dat0、dat2和dat3的内部上拉。进入8位模式后，emmc立即断开线路dat0-dat7的内部上拉。
data strobe
data strobe 时钟信号由 emmc 发送给host，频率与 clk 信号相同，用于 host 端进行数据接收的同步。data strobe 信号只能在 hs400 模式下配置启用，启用后可以提高数据传输的稳定性，省去总线 tuning 过程。
对于数据输出，该信号的每个周期指示数据上的两位传输（2x）-- 一位用于上升沿，另一位用于下降沿，对于crc状态响应输出和cmd响应输出。
reset
低电平复位，工作后为高电平。
1.3 emmc的电源表格 1是emmc的电源配置，nand区域（vcc）需要3v电压，而mmc控制器支持1.8v或3.3v双电压（vdd或vccq）。
表格 1 不同类型下的电源配置
类型电压范围vccvccq
4.51/5.0/5.1à3.3v vcc: 2.7-3.6v; vccq(双电压): 1.70-1.95v/2.7-3.6v nand核心+nand接口电压 嵌入式控制器内核emmc接口电压
5.1à1.8v vcc: 2.7-3.6v; vccq(单电压): 1.70-1.95v nand核心+nand接口电压 嵌入式控制器内核emmc和nand接口电压
通电时电源电压必须单调上升，无下降；断电时电源电压必须单调下降，无颠簸。内部电压检测器在vcc和vccq下降时保证emmc各项功能正常，其中vcc=2.7v-3.6v；vccq=1.70v-1.95v或者2.7v-3.6v。vcc和vccq在每个工作电压范围内达到稳定状态之前，主机不得发出任何命令。
图 2 emmc理想上下电
如果vcc低于重置阈值，比如2.43v，vccq低于重置阈值，比如1.43v，内部wp线就会拉低以禁用闪存阵列编程/擦除操作。
1.4 硬件复位使用硬件复位功能，主机必须将ecsd寄存器162字节，[1:0]位设置为0x1，以便在主机可以使用其之前启用该功能。执行复位操作之前，主机必须在尚未执行任何操作的情况下，根据jedec规范在rst_n引脚处至少保持1us的低电平。如果复位引脚回到高电平，则emmc阻止任何操作，并进入预空闲状态，如图 3所示。
图 3 硬件复位
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从图 1可以看到，emmc包括控制器，mmc接口，nand接口和nand闪存单元。vdd（vccq）用于控制器电源（接口电源），vcc用于闪存电源。reset用于复位。
1.2 数据接口定义clk
用于从 host 端输出时钟信号，进行数据传输的同步和设备运作的驱动，频率为0-200mhz。在一个时钟周期内，cmd 和 dat0-7 信号上都可以支持传输1个比特，即 sdr (single data rate) 模式。此外，dat0-7 信号还支持配置为 ddr (double data rate) 模式，在一个时钟周期内，可以传输2个比特。
host可以在通讯过程中动态调整时钟信号的频率（范围需要满足 spec 的定义）。通过调整时钟频率，可以实现省电或者数据流控（避免 over-run 或者 under-run）功能。在一些场景中，host还可以关闭时钟，例如 emmc 处于 busy 状态时，或者接收完数据进入programming state 时。
cmd
cmd 信号是设备初始化和命令传输的双向通道，主要用于 host 向 emmc 发送 command 和 emmc 向 host 发送对应的 response。cmd信号有2种工作模式：
1#：漏极开路 ---> 用于初始化模式
2#：推拉模式 ---> 用于快速命令传输
dat [7:0]
双向数据信号，dat0-7 信号主要用于 host 和 emmc 之间的数据传输。在emmc上电或软复位（即重置）后，只有 dat0 可以进行数据传输（模式0）。完成初始化后，可配置 dat0-3（模式4）或者 dat0-7（模式8）进行数据传输，即数据总线可以配置为 4 bits 或者 8 bits 模式。
dat信号在推挽模式下工作。数据线dat0-dat7内部上拉。进入4位模式后，emmc立即断开线路dat0、dat2和dat3的内部上拉。进入8位模式后，emmc立即断开线路dat0-dat7的内部上拉。
data strobe
data strobe 时钟信号由 emmc 发送给host，频率与 clk 信号相同，用于 host 端进行数据接收的同步。data strobe 信号只能在 hs400 模式下配置启用，启用后可以提高数据传输的稳定性，省去总线 tuning 过程。
对于数据输出，该信号的每个周期指示数据上的两位传输（2x）-- 一位用于上升沿，另一位用于下降沿，对于crc状态响应输出和cmd响应输出。
reset
低电平复位，工作后为高电平。
1.3 emmc的电源表格 1是emmc的电源配置，nand区域（vcc）需要3v电压，而mmc控制器支持1.8v或3.3v双电压（vdd或vccq）。
表格 1 不同类型下的电源配置
类型电压范围vccvccq
4.51/5.0/5.1à3.3v vcc: 2.7-3.6v; vccq(双电压): 1.70-1.95v/2.7-3.6v nand核心+nand接口电压 嵌入式控制器内核emmc接口电压
5.1à1.8v vcc: 2.7-3.6v; vccq(单电压): 1.70-1.95v nand核心+nand接口电压 嵌入式控制器内核emmc和nand接口电压
通电时电源电压必须单调上升，无下降；断电时电源电压必须单调下降，无颠簸。内部电压检测器在vcc和vccq下降时保证emmc各项功能正常，其中vcc=2.7v-3.6v；vccq=1.70v-1.95v或者2.7v-3.6v。vcc和vccq在每个工作电压范围内达到稳定状态之前，主机不得发出任何命令。
图 2 emmc理想上下电
如果vcc低于重置阈值，比如2.43v，vccq低于重置阈值，比如1.43v，内部wp线就会拉低以禁用闪存阵列编程/擦除操作。
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