eMMC特性分析

eMMC(embedded MultiMedia Card)是MMC协会制定，针对手机和平板电脑的内嵌式存储器标准规范。

1、背景介绍

纵观Nand Flash发展史，最开始闪存市场被三星和东芝霸占，各闪存生产商没有一套统一的设计标准。为了反抗三星和东芝的霸权，在旧金山IDF论坛上成立了ONFI（Open Nand Flash Interface）联盟，主要是其他闪存生产商联合起来抢三星和东芝的蛋糕。参与ONFI联盟的包括Intel，Micron，Hynix， SanDisk等厂家，他们制定了ONFI标准。三星和东芝也联合起来，制定了Toggle标准。同时，三星允许东芝生产和制造自己旗下的OneNAND和Flex-OneNAND闪存芯片，东芝开放自己的LBA-NAND和mobileLBA-NAND闪存芯片技术给三星。Nand Flash世界进入了ONFI和Toggle楚汉相争的时代。

ONFI同步模式下使用时钟，数据、命令、地址都要与时钟同步。但是DQS，Clock都不是差分信号，所以边沿容易受干扰。

Toggle同步模式下不使用时钟，写数据用DQS差分信号跳变沿触发，读数据根据主控发的REN差分信号跳变沿发读请求，DQS跳变沿输出数据。

Nand Flash的标准不统一严重拖累了产品的研发周期，而且各Nand Flash无法保持兼容，因此无法顺利地实现器件替代。

MMC协会看到了这些痛点，因此，革命性地制定了eMMC标准，eMMC中集成了一个控制器，它提供标准接口并管理Nand Flash。

简言之，eMMC通过集成一个控制器，统一了对外的接口标准，把各Nand Flash的差异屏蔽在了eMMC内部，由各制造商自己解决，在手机和平板电脑领域结束了纷争。这也印证了计算机领域的一个真理——所有的问题都可以通过增加一个中间层解决。

2、eMMC和Nand Flash

Nand Flash通常需要在Host侧通过软件实现Flash Translation Layer用于坏块处理、擦写均衡、ECC校验等功能，所以Nand Flash驱动比较复杂。

eMMC则在其内部实现了FTL层的功能，这样Host侧的eMMC驱动实现就相对简单了。

3、eMMC总线

eMMC采用串行差分信号进行数据传输，数据传输位宽可配置，默认为1位，即DAT0有效；可以配置为4位或者8位。

CLK - 同步时钟信号

Data Strobe - eMMC卡输出的同步时钟信号，在eMMC通过DAT信号线输出数据时，锁存数据

CMD - 同MMC/SD协议，Host发送的Command和eMMC卡回复的Response只通过CMD信号交互

DAT0~7 - 数据传输信号

4、eMMC存储区

eMMC内部将Flash Memory划分为几个区域：

4.1、Boot Area Partition

当系统上电时，通过特定的时序，可以让系统从主备启动分区启动。

4.2、RPMB(Replay Protected Memory Block) Partition

RPMB通过HMAC SHA-256和Write Counter来保证保存在RPMB内部的数据不被非法篡改。

在实际应用中，RPMB分区通常用来保存安全相关的数据，例如指纹数据、安全支付相关的密钥等。

4.3、GPP(General Purpose Partition)

默认情况下，GPP分区是不存在的，需要通过软件进行特殊的配置，才能激活GPP分区。

4.4、UDA(User Data Area)

此区域通常用来存放系统和用户数据，很多应用场景中，只有User Data Area区域被使用。UDA区域通常使用MBR或者GPT格式进行分区。