eMMC存儲簡介

1、eMMC存儲簡介只是簡介冏沙貝2012.9.21什么是eMMC* eMMC (Embedded Multi Media Card)炭入式多嫖體卡* MMC協(xié)會所訂立的內(nèi)炭式存儲器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格主要應(yīng)用于智能手機和移動按入式產(chǎn)eMMC的結(jié)構(gòu)* k eMMC擁有存儲以及取代Nor Flash的開機功能,開機速度比傳統(tǒng)的MCP要快幾信*2、eMMC可以很好的鮮決對MLC和TLC的管理，ECC 除錯機制、區(qū)塊管理、平均抹寫儲存區(qū)塊技術(shù)、指令 管理、低功耗管理等。*3、廠商不用再為不同的N AND Flash重新設(shè)計規(guī)格、 不用處理NAND Flash相家性和管理問題.縮短新醃上 市周期、研發(fā)成本eMMC結(jié)構(gòu)

2、由一個炭入式存儲鮮決方秦組成： *標(biāo)準(zhǔn)MMC封裝接口*主控制器（控制芯片）*快閃存儲器設(shè)備（NAND Flash起片）這三部分封裝在一個JEDEC（固態(tài)技術(shù)協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)的BGA上。*接口速度高達(dá)每秒52MB, eMMC具有快速、可升級的性能。 同肘其接口電壓可以是18v或者是33v。eMMC的結(jié)構(gòu)eMMC的結(jié)構(gòu)vccVCCQRESETVDDiCLKCMDDAT7：o控制信號»數(shù)據(jù)總線寺MemoryNANDFlash存儲介質(zhì)N and Flash引腳(Pin)的說朗1. l/OO - 1/07:用于輸入地址/數(shù)據(jù)/命令，輸出數(shù)據(jù)，有可能16佞，但壽8住只用于數(shù)據(jù)* 2. CLE: Com

3、mand Latch Enable,命令鎖存後能，疫綸入命令之it，要先疫模式寄存黑中，殺置 CLE使能* 3. ALE: Address Latch Enable,地址荻存使能，疫輸入地址之訂，要先疫嶺式寄存彖中，役置ALE 使能* 4. CE#: Chip Enable,芯片使能，疫操作Nand Flash之前，要丸選中此芯片，才能操佐* 5. RE#: Read Enable,讀使能，癥.讀取教據(jù)之訂，要先使CE#有效。* 6. WE#: Write Enable,寫使能，疫寫取數(shù)據(jù)之前，要丸使WE#有效。* 7. WP#: Write Protect,寫保護* 8. R/B#: Rea

4、dy/Busy Output,就緒/忙，主要用于莊發(fā)送完編程/擦余命冬后，檢測這些操作是否 完成：忙，表示編程/擦除操作仿淮.進(jìn)行中，就緒表示操作完成.* 9. Vcc: Power,電源* 10. Vss： Ground,接地* 11. N.C: Non-Connection,未定義，未連接。* 小常識*在數(shù)據(jù)手冊中，你常會看到，對于一個引腳定義，有些字母上面帶一橫杠的，那是說朗此引腳/ 信號是低勒平有效，比如你上面看到的RE頭上有個橫線，就是說朗，此RE是低色平有效，此外， 為了書寫方便，莊字母后面加“#”，也是表示低色平有效，此如上面寫的CE#；如果哮母頭 上啥都沒有，就是默認(rèn)的當(dāng)色平有

5、效，比如上面的CLE,就是爲(wèi)色平有效。Nand的存儲單元* 1、SLC 和 MLC* SLC每個存儲單元只存儲一個Bit數(shù)據(jù)* MLC每個存儲單元可以存儲多個Bit數(shù)據(jù)*根據(jù)色荷多少段定閥值，比如4V,可以用1234V分別表示數(shù)值* 2、如何枳別SLC和MLC*通過讀取chip ID, chip ID最少4個字節(jié)，可以更多*其中第3個字節(jié)中的傳息如下* Bitl:O內(nèi)部芯片數(shù) 1、2、4. 8* Bit3:2色平種類2. 4、8、16* Bit5:4可同時編程頁1、2、4、8Bit6多芯片交替編程是否支持0：不支持* Bit7嘉速緩存編程(cache Program)是否支持0：不支持NAND

6、存儲單元硬件原理Nand Flash的核心部件是Floating Gate FET（浮置柵場效應(yīng)管）TiT>unNAND Flash的擦寫均是基于隧道數(shù)應(yīng):削子從嫄極穿過浮置柵極與硅 基層之間的絕緣層，對浮置柵極充勒（寫數(shù)擔(dān)0）或放色（擦數(shù)據(jù)1），Nand Flash擦除以block為單住，寫數(shù)擔(dān)以page為單佞。 請除Flash的數(shù)據(jù)是寫1,這與硬盤正好相反。Nor Flash則反過來，色流從浮置柵極到源極，稱為熱削子注入湖i檢浮鬣艸輾瞪氧化物 I純繚體Nand和Nor煬理上的區(qū)別* 1、NAND的閃存單元比NOR要小*因為NOR的每個單元都需要獨立的金屬觸點。* NAND的與硬盤驅(qū)動

7、器類似，基于扇區(qū)（頁Page）,也存在壞的扇區(qū), 需要ECC糾錯*2、因為單元小，所以NAND的寫（編程）和擦除的速率快；而 NOR的優(yōu)點是具有隨機存取和對字節(jié)執(zhí)行寫操作的能力， NAND的則比較慢。Nand Flash物理存儲單元的陣列組織結(jié)構(gòu)*塊(Block)是擦除操作的最小單位(相當(dāng)于硬盤的扇區(qū)：* 一個nand flash由很多個塊(Block)組成，塊的大小一般是128KB, 256KB, 512KB*(Page)是編程操作的最小單位*每個塊至面又包含了很多頁(page) o頁的大小256E、512B. 2KB、4KB*每一個頁，對應(yīng)還有一塊區(qū)域，叫做空閑區(qū)域(spare area)

8、 /冗余區(qū)域 (redundant area)，而 Linux 系統(tǒng)中，一般叫做 OOB (Out Of Band)。*這個區(qū)域，是最初基于Nand Flash的硬件特性：數(shù)據(jù)在讀寫時候相對容易錯誤， 所以為了保證數(shù)據(jù)的正確性，必須要有對應(yīng)的檢測和糾錯機制，此機制被叫做 EDC(Error Detection Code)/ECC (Error Code Correction,Error Checking and Correcting),所以設(shè)計了多余的區(qū)域，用于放置數(shù)據(jù)的校驗值。* OOE的第6個Byw標(biāo)記為非Oxff時，表示壞塊* ECC一般每256字節(jié)生成3字節(jié)ECC校驗數(shù)據(jù)。(6bit列

9、校驗+16bit行校驗+ 2b讓保留)Nand Flash物理存儲單元的陣列組織結(jié)構(gòu)*以2Gb (128MB)NAND器件為例，它曲20假個Block組成,* lBlock = 64 Page(128T<B)* IPage = 2048Bytes+64Bytes (見下圖)* 即 128MB = 2048(Block)*64(Page)*2048Bytes3. 7he 2-Gbyte HAND device organized as 2048 biocks.Nand Flash中的特殊硬件結(jié)構(gòu)*頁寄存器(Page Register):由于Nand Flash讀取和編程操作來說，一般最 小

10、單位是頁，所以，nand flash在硬件設(shè)計時候，就考慮到這一特性，對于 每一片，都有一個對應(yīng)的區(qū)域，專門用于存放，將要寫入到物理存儲單元 中去的或者剛從存儲單元中讀取出來的，一頁的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)緩存區(qū)， 本質(zhì)上就是一個buffer,但是只是名字叫法不同，datasheet里面叫做Page Register,此處翻譯為頁寄存器，實際理解為頁緩存，更為恰當(dāng)些。Nand Flash中的特殊硬件結(jié)構(gòu)以三星的芯片為例： 配置寄存器(NFCONF) 命令寄存器(NFCMD) 地址寄存器(NFADDR) 數(shù)據(jù)寄存器(NFDATA) 狀態(tài)寄存器(NFSTAT) ECC校驗寄存 器(NFECC)1、2、3、

11、4、0x4E0000000x4E0000040x4E0000080x4E00000C0x4E0000100x4E000014*5、6、Nand Flash的命令合集（某款芯片）IfIi扌Function1st Cycle地址周期數(shù)r2nd Cycle忙碌時可用ReadOOh530hRead for Copy BackOOh535hRead ID90h1一ResetFFh一一oPage Program80h510hTwo-Plane Page Program80hllh81h10hCopy-Back Program85h5lOhTwo-Plane Copy-Back Program85hllh8

12、1hlOhBlock Erase60h3DOhTwo-Plane Block Erase60h-60hDOhRandom Data Input85h2一Random Data Output05h2EOhRead Status70h0Read EDC Status7Bh一0Chipl StatusFlh0Chip2 StatusF2h一0NAND Flash的編程操作（寫）* Nand flash的寫操作叫做編程（Program）, 一般以頁為單位的。*寫操作只能在空頁面或者已經(jīng)被擦除的頁面進(jìn)行（全OxFF）*擦除的步驟（以塊為單位）* 1、發(fā)送擦除設(shè)置命令0x60* 2、發(fā)送要擦除的塊地址*

13、3、發(fā)送開始擦除命令OxDO*寫操作的步驟（以頁為單位）* 1、發(fā)送寫命令0x80* 2、發(fā)送要編程的頁地址和數(shù)據(jù)（1個Page）* 3、發(fā)送開始寫命令0x10Nand Flash的讀操作步驟同寫操作*1、2、3、4、發(fā)送寫命令0x00 發(fā)送要讀取的頁地址 發(fā)送開始寫命令0x30CEWERECLEALEtR-*l/Ox旦tRR-* 遂/BtAR/ VRead Operation KD-(5AOdtCci AOCS2：Rcww Add 1Add3：5 :Column AddressRow AddresstCLRptRCJ 二out zout: yDovt M :tR HZ查看寄存器狀態(tài)，R/B#

14、為ready(1)時，可以從緩存中取數(shù)據(jù)如何計算地址以 K9K8G08U0A 為例*此nand flash ? 一共有8192個塊，每個塊內(nèi)有64頁，每個頁是 2K+64 Bytes*假設(shè)我們要訪問第7000個塊中的第25頁中的1208字節(jié)的地址*物理地址二塊號X塊大小+頁號X頁大小+頁內(nèi)地址=7000 X 128K+25 X 2I<+1208=0x36B0CCB8 (917556408)*計算地址的時候計算OOB的大小嗎？不計算如何傳輸?shù)刂?#39;* 1、地址周期的說明（不丘可的Flash可月匕會有不同）Cycle1/071/06I/O5I/O4I/O3I/O2I/Ol1/00Fir

15、stA7A6A5A4A3A2AlA0ColumnSecondLOWLOWLOWLOWAllA10A9A8ColumnThirdA19A18A17A16A15A14A13A12RowFourthA27A26A25A24A23A22A21A20RowfifthLOWLOWLOWLOWLOWLOWA29A28Row* 0x36B0CCB8= 0011 0110 1011 0000 1100 1100 1011 1000 地址：* 1、A7 A0 : 1011 1000* 2、AllA8: 0000 1100 (A10A0: 100 1011 1000: 1208 頁地址)* 3、A19A12: 00

16、00 1100 (A16All: 011001: 25頁)* 4、A27A20: 0110 1011* 5、A29A28: 0000 0011(A29A17: 11 0110 1011 000: 7000Block)* A10A0:頁內(nèi)地址02047 ; All用于表示20482112 OOB* A16All:頁地址；A29A17:塊地址Invalid Block（壞塊）的管理* 1、自從NAND結(jié)構(gòu)被設(shè)計以來，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中是允許存在壞塊的，只 要壞塊比例小于總?cè)萘康?%就是允許騎*2、壞塊列表是被要求的，因為NAND Flash只能執(zhí)行有限次數(shù)的讀 和擦除次M（iow-ioow）,所有的Fla

17、sh存儲器最終都會菠磨損且不再 能彳吏用，壞塊列表用來跟蹤記錄壞塊。* 3、壞塊分為兩種：* 1）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的* 一般在該塊的前兩個Page的滴517字節(jié)處用非FF來標(biāo)識（每頁512字節(jié)）* 2）使用過程中產(chǎn)生的*如果一個塊在擦除整塊或?qū)懸粋€頁失敗時，會被標(biāo)志為壞塊，并且以后 不再訪問*如果擦除了壞塊，即標(biāo)識位被改為oxff,那么在無法單獨對塊測試的情況卞是很難董薪示識昭,所以壞慶表（invalid block table）是彳良重要的Invalid Block（壞塊）的管理* 1）Skip Block Method（跳過壞塊模式）*在寫入之前讀取所有壞塊的地址，然后寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)目標(biāo)地址是

18、壞塊地 址時，跳過壞塊，寫入下一個好的塊中，繼續(xù)保留壞塊中的標(biāo)識信息。 所以在程序?qū)雸?zhí)行前，要先讀取OOB中的壞塊信息，建立列表。Data imageDeviceFigNPQ 5: Skip block methodInvalid Block(壞塊)的管理* 2）Reserved Block Area Method（保留塊區(qū)域方式）*這種燒錄算法，首先決定哪些塊* 用來做UBA(User Block Area),這些*塊被RBA map table記錄，并保留。*接下來讀取OOB建立一個map到RBA* RBA第一第二塊被用于存儲列表。* Map中包含了哪些保留塊被用來替代 *壞塊Block

19、 0Block 1 Block 2Block 3、Block 4 Block 5Data imageDeviceBlock 0Block 1Invalid block ®Block 3Block 4Invalid block ®UnusedUnusedBlock 2Invalid block ®Block 5UnusedRBA tableInvalid block 0RBA table copy> Block reservoirFigure 7: The Resened Block Area method文件系統(tǒng)專1、一般的嵌入式系統(tǒng)會使用NAND Flas

20、h來存儲文件(file)、啟 動代碼(boot code)> OS代碼或簡單的數(shù)據(jù)文件，這就需要像 管理文件系統(tǒng)一樣管理NAND FLASHo*功能包括格式化、碎片收集、磁盤整理等等。*目前比較廣泛的文件系統(tǒng)有fat、jffs2、yaffs2> ext4等等丈件糸統(tǒng)Yaffs 文件系統(tǒng)(Yet Another Flash File System)* Yaffs文件系統(tǒng)是一個開源的專為NAND Flash設(shè)計的文件系統(tǒng)，具有很好的可 移植性,可以在Linux、WinCE 中運彳打* Yaffs對小頁面(5i2+i6Byte)支持很好，yaffs2對大頁面支持較好(2K+64Byte)

21、* Yaffs對文件系統(tǒng)上的所有內(nèi)容都當(dāng)做文件處理，每個文件都有一個頁專門 存放文件頭，文件頭包含了文件的模式、所有者ID、組ID、長度、文件名、 Parent Object ID等，因為頁的大小有限，所以對這些都有長度限制。一般都 存放在OOB中512-515YAFFS TAG516壞塊標(biāo)志位5V數(shù)據(jù)狀態(tài)518、519YAFFS TAG520-522后512字節(jié)的ECC校驗結(jié)果硬盤的結(jié)構(gòu)1、硬盤的組成* 一般說來，無論哪種硬盤，都是由盤片、養(yǎng)片主軸、控制 響整成。*所有的盤片都固定在一個旋轉(zhuǎn)軸上，這個軸即盤片主軸。*而所有盤片之間是絕對平行的，在每個盤片的存儲面上都有一個磁頭，磁頭與盤片之間

22、的 距離比頭發(fā)絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個磁頭的運動。磁頭可沿盤片的 半徑方向動作，而盤片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)到上萬轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對盤片上的指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作。snitas 片主雜（馬達(dá) 電機與抽承 SXT 方）音馬達(dá)永國僅中間是起飛區(qū)，高速旋轉(zhuǎn)怎，磁頭懸浮起來, 然后移動到對應(yīng)的位置讀取數(shù)據(jù)硬盤的結(jié)構(gòu)*硬盤在邏輯上被劃分為磁道、磁頭以及扇區(qū)*磁道*由夕卜向內(nèi)oxxx*磁頭*由上到下oxxx*扇區(qū)*由左到右1-XXXX醫(yī)址從0幵結(jié).由外里境兮I5BW8：面進(jìn)行ifi號【它動金RMI頭 -起內(nèi)、外»型】 現(xiàn)在處農(nóng)刖-舉牠上神全處

23、 力8道）莊的個貼 分上處渤頭想出2號前莊屮釣 金部44逼.0註 iNtt ZMtT0 號*扇區(qū)頭存放3司坐標(biāo)磁道、磁頭、扇區(qū)號MTD內(nèi)存技術(shù)設(shè)備* 1、Linux中MTD子系統(tǒng)在系統(tǒng)的硬件驅(qū)動程序和文件系統(tǒng)之間提供通用接U,常用的文件系統(tǒng)是y/fs2* 2、*SD/MMC卡塊設(shè)備驅(qū)動程序、SD/MMC卡組成的存儲系統(tǒng)是許多嵌入設(shè)備的主要存儲設(shè)円 備，相當(dāng)于PC機的硬盤，在嵌入設(shè)備上的SD/MMC卡控制器通 過MMC協(xié)議來解析命令控制SD/MMC卡的操作。* 2、SD/MMC卡上有一些寄存器來控制卡的狀態(tài)及讀寫操作。 MMC協(xié)議規(guī)定的寄存器有：* CID寄存器，128位，是卡的鑒別寄存器，存有

24、卡的鑒別信息；* CA寄存器，16位，存有卡的本地系統(tǒng)的相對地址，在初始化時由 控制器動態(tài)指定。* DSR寄存器，16位，是配置卡的驅(qū)動程序的寄存器，是可選的。* CSD寄存器，卡特定數(shù)據(jù)信息描述寄存器，是可選的。* OCR寄存器，操作控制寄存器。SD/MMC卡塊設(shè)備驅(qū)動程序> MMC驅(qū)動程序的層次結(jié)騎一*通用設(shè)備層對于塊設(shè)備來說，主要負(fù)責(zé)設(shè)備內(nèi)核對象在sysfs文件系統(tǒng)中的管理、 請求隊列管理、及與文件系統(tǒng)的接口；* MMC抽象設(shè)備層抽出MMC卡的共有特性，如：MMC卡的請求管理、電源管理等.* MMC協(xié)議層將MMC操作分解成標(biāo)準(zhǔn)的MMC協(xié)議.*具體設(shè)備層則負(fù)責(zé)具體物理設(shè)備的寄存器控制

25、等。這種分層結(jié)構(gòu)層次分明，管理 有效。MMC驅(qū)動程序的層次結(jié)構(gòu)如下圖：通用設(shè)備層(device/ drivers/ resource)MMC描象設(shè)備層(mmc host/mmjdrivcr/mmc card)MMC協(xié)議層（將MMC操作 分解成標(biāo)準(zhǔn)的MMC協(xié)議傳給設(shè)備）具體設(shè)備層（用特定的物理設(shè)備的mmci host/amba driver/amba device）MMC抽象設(shè)備層MMC塊設(shè)備驅(qū)動程序MMC塊設(shè)備驅(qū)動程序初始化* mmc_blk_init0 drivers/mmc/card/block.c)*它先將MMC塊設(shè)備名注冊到名稱數(shù)組major_names中，然后，還把驅(qū) 動程序注冊到sysfs文件系統(tǒng)中的總線和設(shè)備目錄中。一方面，sysfs文 件系統(tǒng)中可顯