eMMC總線協議解析

eMMC總線拓撲

在eMMC總線中，可以有一個Host，多個eMMC設備?？偩€上的所有通信都是以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。Host一次只能與一個eMMC設備通信。

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

eMMC總線協議

在系統上電復位后，Host必須使用eMMC總線協議指定的message來初始化eMMC設備。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發給eMMC設備的。一個命令在CMD線上被串行傳輸。

response：響應，響應是由eMMC設備發送給Host，用于eMMC設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：數據，數據可以從Host傳輸給eMMC設備，也可以從eMMC設備傳輸給Host。數據在數據線上被傳輸。用于傳輸數據的數據線可以是1個（DAT0），4個（DAT0-DAT3）或者8個（DAT0-DAT7）。

對于每一個數據線來說，在一個時鐘周期可以傳輸1位數據，也就是SDR模式（single data rate）。當然了，在一個時鐘周期可以傳輸2位數據，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。讀和寫數據時，數據block后面會跟CRC。

eMMC讀數據

Host從eMMC設備讀取數據的流程圖如下圖所示：

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如果Host發送的是Read Single Block的命令（CMD17），那么eMMC設備只會發送一個Block的數據（一個Block數據的字節數可以由Host通過CMD16命令設定或者為eMMC設備的默認值）。

如果Host發送的是Read Multiple Block的命令（CMD18），并且在發送CMD18之前，先發送一個SET BLOCK COUNT命令（CMD23）來設置需要讀取的數據塊數量，那么eMMC設備在傳輸完指定數量的數據塊之后，會自動結束數據傳輸，不需要Host主動發送Stop Command（CMD12）。

如果Host發送的是Read Multiple Block的命令（CMD18），并且在發送CMD18之前，Host沒有發送設置讀取數據塊數量的命令，那么eMMC設備會持續發送數據，直到Host主動發送Stop Command（CMD12）。

eMMC寫數據

Host向eMMC設備寫入數據的流程圖如下圖所示：

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如果Host發送的是Write Single Block的命令（CMD24），那么eMMC設備只會將后續第一個Block的數據寫入的存儲器中（一個Block數據的字節數可以由Host通過CMD16命令設定或者為eMMC設備的默認值）。

如果Host發送的是Write Multiple Block的命令（CMD25），并且在發送CMD25之前，先發送一個SET BLOCK COUNT命令（CMD23）來設置需要寫入的數據塊數量，那么eMMC設備在接收完指定數量的數據塊之后，會自動結束數據傳輸，不需要Host主動發送Stop Command（CMD12）。

如果Host發送的是Write Multiple Block的命令（CMD25），并且在發送CMD25之前，Host沒有發送設置寫入數據塊數量的命令，那么eMMC設備會持續地將接收到的數據寫入到存儲器中，直到Host主動發送Stop Command（CMD12）。

eMMC設備在接收到一個Block的數據后，會進行CRC校驗，然后將校驗結果通過CRC Token發送給Host。發送完CRC Token后，如果CRC校驗成功，eMMC設備會將數據寫入到內部存儲器，此時DAT0信號會拉低，作為Busy信號。Host會持續檢測DAT0信號，直到為高電平時，才會接著發送下一個Block的數據。如果CRC校驗失敗，那么eMMC設備不會進行數據寫入，此次傳輸的后續數據都會被忽略。

eMMC無數據和無響應命令示意

在Host與eMMC設備的通信中，有部分命令是不需要進行數據傳輸的，還有部分命令不需要eMMC設備回復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，主機發送bc命令給eMMC設備后，eMMC設備不需要回復響應（response）。

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

ac：addressed（point-to-point） commands（ac），ac是數據線（DAT lines）無數據傳輸的（no data transfer）點對點（point-to-point）命令。

adtc：addressed（point-to-point） data transfer commands（adtc），adtc是數據線有數據傳輸的點對點命令。

所有的命令（command）和響應（response）都是在CMD線上進行傳輸的。發送命令或響應時先發送起始位（Start bit），最后發送結束位（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結尾。所有的eMMC命令都是在CMD線上進行傳輸的，發送命令時先發送命令的起始位（Start bit），最后發送命令的結束位（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，在沒有命令傳輸的情況下，CMD線上的信號保持高電平，當Host將Start Bit發送到總線上時，eMMC設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為低電平），并開始接收Command。

Transmission Bit：傳輸位，固定為1，該位指示CMD線上數據的傳輸方向，該位為1，表示CMD線上數據的傳輸方向為從Host到eMMC設備。

Command Index和Argument：命令索引和命令參數，Command Index和Argument是命令的具體內容，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內容的CRC校驗值。

End Bit：結束位，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備功能的子集。

Class 0是所有eMMC設備都必須支持的命令類別。其他的命令類別根據具體的設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設備支持對應的命令類別。

審核編輯：湯梓紅