emmc协议

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1、一 eMMC的结构,设备状态与工作模式和总线模式的关系,eMMC 主机的功能方框图,内部总线,RST_n 控制逻辑,RST_n,CLK 发送 控制逻辑,CLK,CMD 发送接收 控制逻辑,CMD,DAT0 状态检查 控制逻辑,CRC7 生成/校验 控制逻辑,DAT1-7 发送接收 控制逻辑,CRC16 生成/校验 控制逻辑 (16单元),DAT0,DAT1-7,二 eMMC的内部寄存器,三 命令和应答,命令： 1 命令的类型 有四种命令的类型： 1）无应答的广播命令（bc) 2）有应答的广播命令（bcr) 3）DAT上无数据传输的点对点命令（ac） 4）DAT上有数据传输的点对点命令（adtc

2、）,2 命令的格式 所有的命令都是固定的长度48位，格式如下表所示,所有命令都是以0开始的，紧接着是传输的方向（主机发出的就为1，设备发出的就为0），接下来的6位是命令的索引，这是一组二进制码（063），设备就是对这六位译码，区分是哪种命令，还有一些命令需要arg值（比如地址），这一段的长度为32位，所有的命令都会被CRC7保护着，所以CRC保护的是之前的40位，最后以1结束。,命令的应答,应答也是由CMD传输的，由左边的位开始传输，应答位的长度根据应答的类型而定。应答是以0开始的，紧接着是传输的方向（设备 = 0 ），接下来的值根据类型不一样也不一样，除了R3以外都会被CRC7保护着，每条命

3、令都是以1结束的。 一共有五种类型的命令应答形式： R1 ,R1b，R2, R3, R4, R5,R1：,该应答的长度为48位，45：40显示的是命令的索引，39： 38是32位的设备状态。 R1b： 和R1的区别只是在DAT0上存在忙信号的传输。,R2：（CID、CSD寄存器）,该应答的长度为136位，CID的内容会作为CMD2和 CMD10的应答发送给主机，CSD的内容会作为CMD9的应 答发送给主机，仅仅只有CID和CSD的127:1被传输，最后 一位被应答的结束位所代替。,R3：（OCR寄存器）,该应答的长度为48位，OCR寄存器的值会作为CMD1 的应答发送给主机。,R4：（Fast

4、 IO),该应答位的长度48位，ARG部分包括RCA的值、寄存器 的值、寄存器的值， 如果操作成功，状态位就会被置位。,R5：（中断请求）,该应答的长度为48位，如果应答是主机自己发送的，那 么RCA的值为0x0000。,3 命令和应答的时序：,无论是单倍数据率模式还是双倍数据率模 式，主机的命令和设备的应答都是在时钟的 上升沿采样的。,设备的识别及设备的操作条件的时序,设备的识别（CMD2）和设备的操作条件（CMD1）工作在 open-drain模式下，设备给主机的应答是在NID个时钟周期后开 始的。如果在经过NID+1个时钟周期仍然没收到应答的话，主机 就需要做超时报告 （NID = 5）

5、,给RCA赋值的时序,给RCA赋值（CMD3）也是工作在open-drain模式下，从主 机发完命令道设备应答之间最小的延迟时间为NCR个时钟周期。 （NCR = 2-64）,数据传输模式下命令及应答的时序：,在设备接收到RCA后就会打开数据传输模式，该模式是工作 在push-pull模式下的。在发送完命令之后紧接着有两位的Z（高 阻），这是给总线定义方向留的时间，之后是被应答器件设为P位 ，除了CMD1,2,3以外，所有的应答时序都与这个图有关。 （NCR =2-64）,R1b的应答：,有些命令，比如说CMD6，在R1应答的时候需要BUSY信号 ，在命令传输完两个时钟周期后，BUSY信号开始

6、，DAT0线被拉 低，DATA1-7上的值无关。 （NST =2，HS200: 2-4）,最后一条设备的应答-下一条是主机的命令：,主机在接收到设备最后一条应答之后，在经过至少NRC个时 钟周期之后主机就可以开始下一条命令传输，这个时序图与所有 的主机命令都有关。 （NRC = 8）,最后一条主机命令-下一条是主机命令,在主机发送完最后一条命令后，在经过至少NCC个时钟周期 之后主机就可以发送最后一条命令。 （NCC = 8）,一种 CMD 命令发送控制模型,命令索引寄存器 6-bit,命令 Wire：,HIGH,LOW,32-bit,6-bit,命令参数寄存器 32-bit,7-bit,HI

7、GH,CRC7 生成控制模块,启动和停止（计数）控制,时钟,发送控制,应答接收模块控制状态寄存器,应答（命令）参数寄存器 32-bit,命令索引寄存器 6-bit,应答控制状态寄存器（8-bit）,发送使能,应答格式,应答格式： 0: 长度 48-bit 1: 长度 136-bit 延迟模式： 0: NCR 最小 2 时钟周期，最大 64 时钟周期 1: NID 最小 5 时钟周期，最大 5 时钟周期,CRC 状态,忙状态,接收使能,超时,接收完成,延迟模式,命令及应答的状态转换图,四 EMMC的工作模式,eMMC有五种工作模式： 1）引导操作模式 2）设备的识别模式 3）中断模式 4）数据传

8、输模式 5）非活动模式,引导操作模式：,在上电或软硬件复位后，在CMD1发送之前，如果保持 CMD线为低不少于74个时钟周期，设备就识别出启动了引导 操作模式，内部就会开始准备引导数据。主机就会从 EXT_CSD179字节的5:3选择的引导区来读取引导数据，在 将CMD线拉低1秒以后，设备就通过DAT线开始发送第一个引 导数据给主机，主机必须保持CMD线为低直到读完所有的 BOOT数据（push-pull模式）。,设备的识别模式;,设备的识别过程： 主机首先发送CMD1来获取设备的操作条件，对于不兼容的设 备会进入非活动状态，之后主机发送广播命令CMD2来获取所有设 备的CID号，所有没有定义

9、的设备（处于Ready State的设备）会 同时发送他们的CID号，但是只会有一个设备成功的将CID号完全 的发送给主机（设备可以监测发到总线上的设备号），其他设备会 依然停留在Ready State状态等待下一个识别周期。而被选中的设 备会进入设备的识别状态，之后主机会发送CMD3命令来给这些设 备赋一个相对地址，以用于将来的数据传输，完成赋值后，设备就 进入到Stand-by状态，同时会将输出驱动由open-drain变为 push-pull。主机会重复这样的过程，直到没有设备应答CMD2为 止（等待应答的时间为NID=5个时钟周期）。,中断模式,主机通过CMD40使设备进入Wait-I

10、RQ状态，设备就会 等待内部的中断时间发生，一旦发生，设备就会给主机一个 应答（open-drain），返回Stand-by状态，同时主机也会 等待命令线上的起始位（0），一旦收到起始位，设备也会 放弃中断模式，并进入Stand-by状态；主机也可以自己给自 己发送一个CMD40应答，使设备回到Stand-by状态，发送 的应答RCA=0x0000，Device bit = 0。,数据传输模式,单倍数据率的数据传输,双倍数据率的数据传输,读数据的时序：,读数据包括单倍数据率和双倍数据率模式。 单倍数据率模式下，数据被设备打出在时钟的上升沿被 主机采样，每条数据线上有一个CRC。 双倍数据率模式

11、下，数据既可以在上升沿采样也可以在 下降沿采样，而且每条数据线上有两个CRC。在这种模式下 ，数据块的长度应该为512B，也可以配置为4位或8位的总 线宽度，奇数字节和偶数字节会分别在时钟的上升沿和下降 沿被主机采样，每条有效地数据线上都会有两个CRC，分别 对应256个奇数字节和256个偶数字节。注意只有数据块和 两个CRC可以在上升沿和下降沿采样，开始位和结束位只能 在时钟的上升沿采样。,单个数据块的读时序：,主机通过CMD7来选中一个设备进行数据的读操作，然后通 过CMD16来设置有效地数据块的长度（CMD16仅应用在单倍数 据率模式下），读操作的基本的总线时序如上图所示，单个块的 读操

12、作是由CMD17开始的，arg部分包括读的开始地址，应答跟 通常一样由CMD线发送。从设备发出的数据比读命令的最后一位 晚NAC个时钟周期，在最后一位数据位后面会跟上CRC校验码供 主机检查传输错误。 （NCR=2-64，NAC=2-10*(TAAC*FOP+100*NSAC) HS200：NAC=8）,多数据块的读时序：,多数据块的读,停止命令下的时序,写数据的时序：,写数据包括单倍数据率模式和双倍数据率模式。 在单倍数据率模式下，数据被主机发出在时钟的上升沿 被设备采样，每条数据线上有一个CRC码。在双倍数据率模 式下，主机发出的数据既可以在时钟的上升沿也可以在时钟 的下降沿被采样，每条有

13、效地数据线上有两个CRC。这种模 式下的数据块的长度为512B，可以选择4位或8位的总线配 置，奇数字节被时钟的上升沿采样，偶数字节被时钟的下降 沿采样，主机将会添加两个CRC码，一个给奇数字节，一个 给偶数字节。注意只有数据块和两个CRC可以在时钟的上升 沿和下降沿采样，起始位和结束位以及CRC的状态位都只能 在时钟的上升沿采样。,单个数据块的写：,主机通过CMD7来选中一个设备进行数据的写操作，然后通过CMD16来 设置有效地数据块的长度（CMD16仅应用在单倍数据率模式下），基本的总线 写操作的时序如上图所示，单个块的写操作是由CMD24开始的，arg部分包括 读的开始地址，应答跟通常一

14、样由CMD线发送。从主机发出数据需要比收到设 备的应答的晚NWR个时钟周期，在最后一位数据位后面会跟上CRC校验码供设 备检查传输错误。设备会通过DAT0返回CRC的状态来显示校验的结果，如果传 输错误，CRC的状态值为“101”，如果传输正确，CRC的状态值为“010”， 并开始编程状态。 NCRC定义在HS200中，只有HS200设备支持NCRC，是从数据块的结束位 到CRC状态的起始位经历的时钟数，应该在2到8个时钟周期之间。 当设备编程时，就会将DAT0线拉低以显示正处于忙状态，设备一旦完成编 程DAT0线就会停止被拉低。 (NWR = 2,NCRC = 2-8),多个数据块的写：,在

15、不同的设备状态接收到停止命令的时序：,一种停止写数据的停止命令的发送时序：,总线测试过程的时序：,在进入Tran-state状态后，主机就可以开始总线测试了， 在双数据率模式下，总线测试时无效的，主机发CMD19命令 如果没有收到设备应答，主机就应当通过CMD13命令去读取 设备的状态信息，主机会认为是设备不支持这个功能。,BOOT操作的时序：,DAT 传输控制寄存器,数据传输控制寄存器（8-bit）,数据传输 命令使能,停止命令 使能,引导操作 直接使能,传输方向,引导状态 接收使能,中断传输 命令使能,数据块数寄存器 7-bit,缓存起始块地址寄存器 7-bit,数据传输状态寄存器（8-b

16、it）,CRC状态,忙状态,超时,传输完成,总线宽度 1,总线宽度 0,CLK 时钟及复位控制寄存器,时钟控制寄存器（8-bit）,时钟使能,时序模式 0,复位使能,时序模式 1,时序模式 0 时钟分频器 （识别模式 fOD）,时序模式 1 时钟分频器 （非高频模式 fPP）,时序模式 2 时钟分频器 （高频模式 fPP）,时序模式 3 时钟分频器 （HS200模式）,数据传输部分整体结构图,数据传输控制状态图,Read状态：,该状态为一个数据块的读状态，数据块的长度为512B，多块的读则循环进 入该状态，由Block_num计数，在Wait_read状态下只要有任何一根数据线上检 测到起始位就会进入该状态。 该状态有三种总线宽度模式：1BIT,4BIT,8BIT 8BIT：该状态的时间为：512+16+1个时钟周期，以read_count计数，每个时 钟计一次，小于512时RAM地址随read_count加1，等于528时跳出。 4BIT：该状态的时间为：512*2+16+1个时钟周期，以re