【MMC驱动开发】——EMMC协议速览
时间：2023-11-07 04:07:02
EMMC协议速览
文章目录
- EMMC协议速览
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- 1. EMMC基本了解
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- 1.1 物理线路：
- 1.2 EMMC了解相关寄存器
- 1.3 了解其他特征
- 2、总线协议
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- 2.1 基础了解
- 2.2 命令格式
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- ① 广播命令没有响应（bc）
- ② 响应广播命令（bcr）
- ③ 点对点寻址命令（ac），无DAT数据
- ④ 搜索数据传输命令（adtc），有DAT数据
- 2.3 应答格式
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- ① R(正常应答类型)
- ② R2（CID CSD寄存器）
- ③ R3（OCR寄存器）
- ④ R4（快速I/O）
- ⑤ R5(中断请求)
- 3、工作模式
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- 3.1 设备识别模式
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- 3.1.1 复位
- 3.1.2 验证工作电压和访问模式
- 3.1.3 识别设备分配RCA
- 3.2 数据传输过程
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- 3.2.1 获取CSD寄存器信息
- 3.2.2 获取CID寄存器信息
- 3.2.3 切换为Transfer状态
- 3.2.4 查看EXT_CSD扩展寄存器
- 3.2.5 修改EXT_CSD扩展寄存器的值
- 3.2.6 读数据
- 3.2.7 写数据
EMMCV4.5 亦或V5.1.协议可以说是很多，刚接触的人很容易抓不住重点，或者分析不到位。这里主要总结一些重要的和常用的EMMC协议。
1. EMMC基本了解
1.1 物理线路：
| 物理接口 | 接口含义 |
|---|---|
| CLK | 该信号的每个周期控制时钟线命令线上的 1 bit 传输，一切数据线上 1 bit（1x） 或 2 bit（2x）传输。 |
| CMD | 该信号是设备初始化和命令传输的双向命令通道。CMD信号有两种工作 模式：初始模式开漏模式以及快速命令传输推拉模式。 |
| DAT0-7 | 这些都是双向数据通道。DAT 信号以推拉模式工作。缺乏状态，只有DAT0在推拉模式下，DAT1-7处于上拉(含上拉)，进入4bit后，DAT0-3处于推拉 |
1.2 EMMC了解相关寄存器
1.3 了解其他特征
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读写模式：单读写，多读写
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寻址方式：字节搜索和扇区搜索，字节搜索允许最大2GB，容量超过2GB使用扇区(512B）寻址
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电压模式：支持高压和双压模式
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支持分区模式的增强
2、总线协议
2.1 基础了解
- 命令：启动一个操作Token，命令从主机到设备，在CMD线路串行传输。
- 应答：从设备到主机作为上一个命令的答案Token，在CMD线路串行传输。
- 数据：主从机之间双向传输，总线宽度可为1-bit（缺省）、4-bit 和 8-bit
2.2 命令格式
每一个Token，都是由一个起始位(‘0’)前导，以停止位(‘1’)终止。总长度是 48 比特。每一个 Token 都用CRC因此，可以检测到传输错误，可以重复操作。
命令格式可分为四种模式：
① 广播命令没有响应（bc）
② 响应广播命令（bcr）
③ 点对点寻址命令（ac），无DAT数据
④ 搜索数据传输命令（adtc），有DAT数据
命令索引：也就是前面CMDX0、1、2、3等命令号。
命令参数：有些命令需要参数，如地址信息。
2.3 应答格式
所有响应均通过命令线CMD编码的长度取决于应答类型和应答类型Token类型有有 5 种编码方案，分别是R1、R2、R3、R4、R5。Token 长度是 48 或 136 比特。
① R(正常应答类型)
编码长度48bit，bits 45:40 表示相对的命令索引，bit 8:39表示要发送设备状态信息。
② R2（CID CSD寄存器）
编码长度136bit，CID作为对存储器的内容CMD2和CMD10响应发送。CSD寄存器内容是正确的CMD9应答发送。并且CID和CSD寄存器只有bit 127:1被发送。
③ R3（OCR寄存器）
编码长度48bit，OCR作为正确的寄存器CD1的应答发送。
④ R4（快速I/O）
编码长度48bit，参数域包含了被寻址设备的RCA、要读写的寄存器地址和内容。
⑤ R5（中断请求）
编码长度48bit，如果应答是主机生成的，参数的RCA应为0。
3、工作模式
主机和设备之间的通信，都由主机控制发起，主机发送命令，引起设备的应答。
EMMC工作模式也定义了5种：
- 引导模式：使设备处于引导状态
- 设备识别模式：引导模式结束，设备再次模式下，接受
SET_RCA命令，进行识别设备。 - 数据传输模式：分配
RCA后，设备进入数据传输模式，准备数据通信 - 中断模式：主机与设备同时进入，无数据传输，只允许消息来自主机或从机的中断请求
- 非活动模式：如果设备工作电压范围和访问模式无效，则进入非活动模式。
每一种模式，都有其各自的特点，我们主要来了解一下设备识别过程和数据传输过程。
3.1 设备识别模式
乍一看图，肯定大家都一脸懵逼，不仔细分析协议，单看图还是有一定理解难度的。
总体来说，设备识别模式下，主机要想识别到卡，主要步骤有如下几步：
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复位设备
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验证工作电压及访问模式
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识别设备并分配相对设备地址
RCA -
使设备进入数据传输模式
3.1.1 复位
EMMC控制器通过发送CMD0，参数为0x00000000，使设备进入Idle状态。
同时，为了向后兼容，在除Inactive的任何状态，接收 非0XFFFFFFFA或0XF0F0F0F0的参数，都作为CMD0。
3.1.2 验证工作电压及访问模式
EMMC控制器通过发送CMD1，参数为OCR寄存器，该寄存器种包含了2bit的存储器访问模式。
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-sbYjxBXD-1648993456244)(https://cdn.jsdelivr.net/gh/UNIONDONG/Get_Pic_Url/Media202202221115665.png)]
如上，bit[30：29]表示访问模式，通过CMD1发送该数据目的是向存储器同步寻址类型。
EMMC设备同时也应以固定模式0x00FF8080 或 0x40FF8080（如果设备忙）、0x80FF8080（容量小于等于 2GB）或 0xC0FF8080（容量大于 2GB）应答。
同时，bit31用来判忙，如果为1，说明EMMC设备仍然处于复位过程中，主机也同时重复发送CMD1来确保该忙位清除。
3.1.3 识别设备分配RCA
通过CMD1进行检查后，不符合的设备就进入了Inactive状态。而符合的设备就进入了Ready状态。
进而，EMMC控制器发送CMD2，请求符合要求的设备发送唯一设备标识CID号。CID号对于每一张卡，都是唯一的。
发送CID成功的设备，就进入到了Identification状态。
进而，EMMC控制器发送CMD3，赋予设备一个相对设备地址RCA，从设备一旦接收到RCA，设备就变为Stand-by状态，即数据传输状态。
3.2 数据传输过程
分配完RCA后，从设备接收到RCA，立即处于stand-by状态时，CMD和DAT线路，均变为推拉模式。
3.2.1 获取CSD寄存器信息
CMD9：主机发送该命令，以获取设备专用寄存器CSD的数据，如块长度，存储容量，最大时钟速率等。
3.2.2 获取CID寄存器信息
CMD10：主机发送该命令，以获取设备专用寄存器CID的数据，获取设备识别号。
3.2.3 切换为Transfer状态
CMD7：主机发送该命令，选定该设备，使其切换到发送数据状态。
3.2.4 查看EXT_CSD扩展寄存器
CMD8：主机发送该命令，设备作为数据块发送其 EXT_CSD寄存器的数据，设备将数据作为一个512字节的数据块发送。
3.2.5 修改EXT_CSD扩展寄存器的值
CMD6：主机发送该命令，用于切换工作模式，或者修改EXT_CSD寄存器。
CMD6，这个命令，参数的设置有很大讲究呢！
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HJ8XNgMT-1648993456245)(https://cdn.jsdelivr.net/gh/UNIONDONG/Get_Pic_Url/Media202202241333121.png)]
[31:26]：正如手册所写，直接设置为0
[25:24]：访问模式选择，那么访问模式有哪几种呢？
如果 SWITCH 命令用于更换命令集（[25:24]为00），，Index 和 Value 域被忽略（[23:16]、[15:8]忽略），且 EXT_CSD 不会被写。
如果 SWITCH命令用于写 EXT_CSD寄存器，Cmd Set 域被忽略[2:0] 忽略，命令集保持不变。
[23:16]：索引，指的是EXT_CSD寄存器中，所要修改字节的索引。
[15:8]：要写入的值
[2:0]：命令集选择，命令集有如下几种类别，相关手册可以查阅。
举个栗子：
如果我们想要操作总线长度，我们该怎么修改呢？
CMD6命令，发送args=03B70200，即可修改。
03：代表访问模式为写字节
B7：转换为十进制183，对应EXT_CSD总线宽度模式的字节。
02：设置该字节的值为02，即8位数据总线
00：写字节访问模式下，该位无效。
3.2.6 读数据
- 单块读
CMD17：直接发送读命令，参数为要写入的数据地址信息，只读一个块。
- 多块读
CMD18：直接发送读命令，参数为要写入的数据地址信息，并且一直读下去。
CMD12：停止命令，停止传输。
3.2.7 写数据
确保设备处于发送状态，即主机发送
CMD7命令
- 单块写
CMD24：直接发送写命令，参数为要写入的数据地址信息，只写一个块。
- 多块写
多块写的模式有两种：
① 一种是：设置要传输的数据块的个数，达到个数后，自动停止
CMD16：设置要传输的块长度
CMD25：开始发送CMD16指定长度的数据块，直到达到设置的数据块写入完成。
②另一种是：一直传输数据，直到接收停止数据的命令
CMD25：开始发送数据块，一直等待数据发送完全
CMD12：停止命令，停止传输。
