前言

下面首先簡單的介紹了MMC，SD和SDIO，對這些名詞有個概念即可。

從本文開始會重點講講eMMC相關的內容（Linux MMC子系統系列文章介紹的eMMC協議為：eMMC 5.1協議），對eMMC相關的知識有了一定的了解之后，后續文章也會對Linux的MMC子系統做一個介紹，包括MMC子系統的初始化過程，MMC host驅動與host設備是如何匹配的，MMC host驅動的基本框架，MMC驅動和MMC卡設備是如何關聯起來的，MMC子系統是如何實現塊設備驅動的等等。

對于MMC卡，SD卡或者SDIO接口的設備，Linux MMC子系統同樣適用。

好了，廢話不多說，下面開始本文的內容吧。

MMC SD SDIO介紹

MMC

多媒體卡（MMC）全稱Multi Media Card，是由西門子公司和SanDisk公司于1997年推出的多媒體記憶卡標準。MMC卡尺寸為32mm x 24mm x 1.4mm，它將存儲單元和控制器一同做到了卡上，這種攜帶方便、可靠性高、重量輕的數據載體一經推出，市場占有率不斷上升，廣泛應用于移動電話，數碼相機，MP3等產品。

MMC卡具有MMC和SPI兩種工作模式，MMC模式是默認工作模式，具有MMC的全部特性。而SPI模式則是MMC協議的一個子集，主要用于低速系統。

SD

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種基于半導體快閃存記憶器的新一代記憶存儲設備。SD卡是由松下、東芝和SanDisk公司于1999年8月共同開發的新一代記憶卡標準，已完全兼容MMC標準。SD卡比MMC卡多了一個進行數據著作權保護的暗號認證功能。

SD卡尺寸為32mm x 24mm x 2.1mm，長寬和MMC卡一樣，只是比MMC卡厚了0.7mm，以容納更大容量的存儲單元。SD卡與MMC卡保持向上兼容，也就是說，MMC卡可以被新的設有SD卡插槽的設備存取，但是SD卡卻不可以被設有MMC插槽的設備存取。

SDIO

SDIO全稱為Secure Digital Input and Output，中文名稱為：安全數字輸入輸出接口。SDIO是在SD標準上定義的一種外設接口，它使用SD的I/O接口來連接外圍設備，并通過SD上的I/O數據接口與這些外圍設備傳輸數據。現在已經有很多手持設備支持SDIO接口，而且許多SDIO外設也被開發出來，目前常見的SDIO外設有：WIFI Card、GPS Card、 Bluetooth Card等等。

eMMC介紹

eMMC卡全稱為Embedded Multi Media Card，是MMC協會所制定的內嵌式存儲器標準規格。通俗點講，eMMC就是一個類似于SD卡一樣的存儲芯片。eMMC主要應用于智能手機和平板電腦等產品。eMMC在封裝中集成了一個控制器，提供標準接口來管理閃存，使得產品開發過程中不再需要考慮NAND Flash兼容性問題和管理問題，讓產品開發人員能夠專注于產品開發，縮短產品推向市場的時間。

eMMC整體結構

eMMC的整體結構如下圖所示：

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eMMC主要由設備控制器和存儲陣列組成。設備控制器主要提供主機接口和存儲管理功能。

eMMC主機接口

HOST和eMMC之間的接口連接如下圖所示：

Linux_MMC子系統_eMMC主機接口

eMMC與HOST之間的通信涉及的信號線描述如下：

CLK：時鐘線上的每個時鐘周期，意味著命令線上傳輸了1bit命令，或者數據線上完成了1bit或者2bit的數據傳輸。時鐘頻率的范圍為：0~最大時鐘頻率。

CMD：該信號線主要用于傳輸HOST到eMMC的command和eMMC到HOST的response。

DAT0~DAT7：用于傳輸數據的8bit數據線。在上電或者復位以后，僅僅只有DAT0數據線可以用于數據傳輸。可以通過eMMC主機控制器來配置eMMC的數據總線位寬，eMMC支持的數據線寬度有：1bit（DAT0），4bit（DAT0~DAT3），8bit（DAT0~DAT7）。

Data Strobe：該信號是從eMMC設備輸出給Host的時鐘信號，頻率和CLK信號相同，用于Host進行接收數據的同步。該信號只在HS400模式下使用，啟用后可以提高數據傳輸的穩定性，省去總線tuning過程。

HOST和eMMC之間的通信都是以HOST發送一個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。

聊了這么久的eMMC，到底eMMC長什么樣，大多數的eMMC芯片一般是黑色的外觀，來欣賞下某廠商的eMMC芯片外觀圖：

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大多數的eMMC芯片一般采用BGA封裝，下圖是某廠商的BGA封裝的eMMC芯片引腳圖：

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eMMC接口各個引腳的輸入輸出類型以及相關描述可以參考下圖進行理解：

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eMMC存儲陣列

eMMC的存儲陣列是由非易失性的存儲器組成，目前，絕大多數eMMC芯片內部的存儲器都是由Nand Flash組成的。

在智能手機或者其他嵌入式設備中，可以使用eMMC的存儲陣列來存放操作系統，應用數據等信息。

eMMC存儲管理

eMMC芯片內部的設備控制器具有存儲管理功能，主要用于對Nand Flash的管理，包括：擦寫均衡，壞塊管理，ECC校驗等。相比于直接將NAND Flash連接到Host端，采用eMMC芯片屏蔽了NAND Flash的物理特性，可以減少Host端軟件的復雜度，讓Host端專注于上層業務，省去對NAND Flash進行特殊的處理。同時，eMMC通過使用Cache、Memory Array等技術，在讀寫性能上也比NAND Flash要好很多。

eMMC尋址

以前實現的eMMC協議（比如eMMC 4.1協議）采用的是32位域的字節尋址。這種尋址機制限制了eMMC的最大容量為2GB。

為了支持更大容量的eMMC，后續的eMMC協議（比如eMMC 5.1協議）增加了sector尋址方式（1 sector=512B）。容量大于2GB的eMMC，都是采用sector尋址的方式。

為了確定eMMC的尋址模式，主機可以讀取eMMC的OCR寄存器，通過OCR寄存器的bit[30:29]可以知道eMMC的尋址模式。

eMMC速率模式

隨著eMMC協議的不斷更新，eMMC總線的速率越來越高。為了兼容舊版本的eMMC，所有eMMC在上電啟動或者Reset后，都會先進入兼容速率模式（Backwards Compatibility with legacy MMC card）。在完成對eMMC的初始化后，Host可以通過特定的流程，讓eMMC進入其他高速率模式，目前支持以下幾種速率模式。

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Extended CSD寄存器的HS_TIMING[185]，可以配置總線速率模式。

Extended CSD寄存器的BUS_WIDTH[183]，可以配置總線寬度和Data Strobe。

在一個時鐘周期內，DAT0~DAT7信號線上傳輸1個比特時，就是SDR（Single Data Rate）模式。

在一個時鐘周期內，DAT0~DAT7信號線上傳輸2個比特時，就是DDR（Double Data Rate）模式。

審核編輯：湯梓紅