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eMMC、DRAM、MicroSD 和 Flash 是常见的存储设备或技术，但它们在功能、协议、接口和用途上有显著区别。下面分别介绍这些存储装置所涉及的主要协议和标准：

1.eMMC（Embedded MultiMediaCard）

• 类型：嵌入式非易失性存储（基于 NAND Flash）
• 协议/标准：
  • 基于MMC（MultiMediaCard）协议
  • 由JEDEC制定标准（如 JESD84-B51 等）
• 接口：
  • 使用8-bit 并行接口（早期为 4-bit）
  • 时钟、命令、数据线（类似 SD 卡但集成控制器）
• 特点：
  • 内置Flash 控制器，主机无需管理坏块、磨损均衡等
  • 常用于手机、平板、IoT 设备等嵌入式系统
• 最新版本：eMMC 5.1（2015年），速度可达 ~400 MB/s

2.DRAM（Dynamic Random-Access Memory）

• 类型：易失性内存（断电数据丢失）
• 协议/标准：
  • 不属于“存储协议”，而是内存接口标准
  • 主要标准由JEDEC制定：
    • DDR SDRAM（DDR1/2/3/4/5）
    • LPDDR（低功耗 DDR，用于移动设备）
• 接口：
  • 并行总线，高带宽，需持续刷新
• 特点：
  • 用作主内存（Main Memory），非长期存储
  • 无文件系统或存储协议，由 CPU 直接寻址访问

⚠️ 注意：DRAM 本身不使用“存储协议”（如 SATA、NVMe），而是通过内存控制器与 CPU 通信。

3.MicroSD（Secure Digital）

• 类型：可移动非易失性存储（基于 NAND Flash）
• 协议/标准：
  • 基于SD 协议（由 SD Association 制定）
  • 兼容SPI 模式和SD 总线模式
• 接口：
  • 默认使用4-bit SD 总线（UHS-I/II 可扩展至 8-bit 或更高）
  • 支持命令/响应机制（类似 MMC）
• 特点：
  • 内置控制器（类似 eMMC）
  • 支持多种速度等级（Class 10, U1/U3, V30/V60/V90）
  • 文件系统通常为 FAT32/exFAT（由主机格式化）
• 相关标准：
  • SD 1.0 → SDHC → SDXC → SDUC
  • UHS-I / UHS-II / SD Express（后者使用 PCIe/NVMe）

✅SD Express（从 SD 7.0 开始）引入了PCIe + NVMe 协议，实现高达 985 MB/s 的速度。

4.Flash（泛指闪存）

• 类型：非易失性存储介质（NAND / NOR Flash）
• 注意：“Flash” 本身是存储介质，不是完整设备，其访问依赖于上层协议或控制器。
• 常见接口与协议：
  • Raw NAND Flash：
    • 无内置控制器
    • 需外部控制器处理 ECC、坏块管理等
    • 使用ONFI（Open NAND Flash Interface）或Toggle Mode标准（由 ONFI 或 JEDEC 制定）
  • Managed Flash（如 eMMC、UFS、SSD）：
    • 封装了控制器，对外提供高级接口
    • 使用 eMMC、UFS、SATA、NVMe 等协议
  • NOR Flash：
    • 常用于代码存储（XIP：Execute In Place）
    • 接口多为SPI（Serial Peripheral Interface）或并行地址/数据总线
    • 协议较简单，常用于 BIOS、嵌入式固件

对比总结表：

补充说明：

• UFS（Universal Flash Storage）是 eMMC 的继任者，使用MIPI M-PHY + SCSI 协议栈，性能更高。
• NVMe是用于 PCIe SSD 的高速协议，也被引入到 SD Express 和 UFS 中。
• 文件系统（如 FAT32、ext4、NTFS）运行在这些存储设备之上，不属于底层协议。

2.eMMC 命令集

eMMC（embedded MultiMediaCard）的命令集基于MMC 协议，由JEDEC标准（如 JESD84-B51）定义。eMMC 命令用于主机（Host）与 eMMC 设备之间的通信，涵盖设备初始化、读写操作、配置、状态查询等功能。

一、eMMC 命令基本结构

每个 eMMC 命令是一个48-bit的命令包，格式如下：

[Start bit (1)] [Transmission bit (1)] [Command index (6)] [Argument (32)] [CRC7 (7)] [End bit (1)]

• Start bit: 固定为 0
• Transmission bit: 主机到卡为 1，卡到主机为 0（但所有命令均由主机发起）
• Command index: 6 位，表示命令编号（CMD0 ~ CMD63）
• Argument: 32 位参数，随命令不同而变化（如地址、块数等）
• CRC7: 7 位校验码（部分命令如 CMD0 不使用 CRC）
• End bit: 固定为 1

注意：eMMC 使用开漏（Open-drain）模式进行初始化，之后切换为推挽（Push-pull）模式进行高速数据传输。

二、常用 eMMC 命令列表（按功能分类）

1.初始化与复位

2.设备识别与配置

3.读写操作

3.如何解读eMMC的CRC校验码？

在 eMMC（embedded MultiMediaCard）协议中，CRC 校验码用于确保命令（Command）、响应（Response）和数据（Data）在总线上传输的完整性。eMMC 主要使用两种 CRC 机制：

• CRC-7：用于命令（CMD）和大多数响应（Response）
• CRC-16：用于数据块（Data Block）传输

下面分别说明如何解读（即验证）这两种 CRC 校验码。

一、CRC-7：用于命令与响应

1.应用场景

• 所有从主机发送到 eMMC 的命令（48-bit CMD）都包含 7 位 CRC（CRC-7）
• 除 R3 响应外，所有响应（如 R1, R2, R6 等）也包含 CRC-7
• R3（OCR 寄存器读取）不带 CRC

2.生成多项式

eMMC 使用标准的CRC-7 多项式：
[
G(x) = x^7 + x^3 + 1
]
对应的二进制表示为：10001001（8 位，最高位隐含）

注意：通常写作0x89（但只用低 7 位参与计算，最高位为 1 固定）

3.如何验证 CRC-7？

以一条主机发出的命令为例（48 位）：

[Start=0][Trans=1][CMD index (6b)][Argument (32b)][CRC7 (7b)][End=1]

验证步骤：

1. 提取前40 位（不含 Start/End/CRC 本身）：

   • 即[Trans][CMD index][Argument]共 1+6+32 = 39 位？
     ❌ 实际上：整个 48 位帧中，CRC 覆盖的是前 40 位（包括 Start 到 Argument）

   ✅ 正确做法（按 JEDEC）：

   • 将48 位命令帧中的前 40 位（bit 47 到 bit 8）作为输入数据
   • 计算这 40 位的 CRC-7 值
   • 与命令中携带的CRC7 字段（bit 7~1）比较
   • 若一致，则校验通过

2. 更实用的方法（接收端视角）：

   • 将整个 48 位命令（含 CRC7）视为一个数据流
   • 用生成多项式x⁷ + x³ + 1对其做模 2 除法
   • 如果余数为 0，则 CRC 校验成功

💡 这是因为发送端在计算 CRC 时，是在原始数据后附加 CRC，使得(数据 || CRC) mod G(x) = 0

4.示例（简化）

假设命令内容（不含 Start/End）为：

• CMD index = 6’b000001 （CMD1）
• Argument = 32’h00FF8000
• Trans bit = 1

拼接成 39 位？实际协议规定 CRC 覆盖40 位（包括 Start bit 后的 40 位）。工程上通常直接使用硬件 CRC-7 模块或查表法验证。

二、CRC-16：用于数据块

1.应用场景

• 每个512 字节的数据块后附加2 字节（16 位）CRC-16
• 用于读写数据时的完整性校验

2.生成多项式

eMMC 使用CRC-16-CCITT变种：
[
G(x) = x^{16} + x^{12} + x^5 + 1
]
对应十六进制多项式：0x11021（17 位），常简写为0x1021（省略最高位）

3.如何验证 CRC-16？

发送端：

• 对 512 字节数据计算 CRC-16
• 将 CRC-16 附加在数据块末尾（共 514 字节）

接收端：

• 收到 514 字节（512 数据 + 2 CRC）
• 对全部 514 字节用相同多项式做 CRC-16 计算
• 如果结果为0x0000，则数据正确

✅ 原理同 CRC-7：(Data || CRC16) mod G(x) = 0

三、实际解读建议

方法 1：使用标准 CRC 库验证

// 验证 eMMC 命令 CRC-7 uint8_t calc_crc7(const uint8_t *data, int len_bits) { uint8_t crc = 0; for (int i = 0; i < len_bits; i++) { uint8_t bit = (data[i/8] >> (7 - i%8)) & 1; uint8_t cbit = ((crc >> 6) ^ bit) & 1; crc <<= 1; if (cbit) crc ^= 0x12; // 0x12 = 0b00010010 (x^7+x^3+1 的低位表示) } return crc & 0x7F; }

更高效方式是使用预计算的 CRC-7 表（256 项）

方法 2：逻辑分析仪 / 协议分析工具

• 使用支持 eMMC 协议解码的逻辑分析仪（如 Ellisys、Total Phase）
• 工具会自动解析命令、提取 CRC，并标记校验是否通过

方法 3：参考 JEDEC 标准

• JESD84-B51 Section 7.4（CRC for Commands）
• Section 7.5（CRC for Data）

四、常见误区

总结

🔍关键点：eMMC 的 CRC 设计遵循“发送 (Data || CRC)，接收端整体校验余数为 0”的原则，这是循环冗余校验的标准用法。

4.SD 协议状态机

SD（Secure Digital）协议的状态机是 SD 卡（包括 MicroSD）与主机（Host）通信的核心控制逻辑，用于管理卡从上电到数据传输的整个生命周期。该状态机由SD Association在《SD Specifications Part 1: Physical Layer Simplified Specification》中定义。

一、SD 卡状态机概览

SD 卡在任意时刻处于以下7 种状态之一：

⚠️ 注意：不同资料可能将状态编号略有差异，但核心流程一致。最常见的是9 个状态（含 Disconnect），但简化模型常关注前 7 个。

二、状态转移图（关键路径）

以下是典型的状态转移流程（以标准初始化和读写为例）：

[Power On] ↓ Idle State ──CMD0──┐ ↑ ↓ └────(CMD0)← Reset ↓ (CMD8 + ACMD41) Ready State ↓ (CMD2) Ident State ↓ (CMD3: SET_RCA) Stand-by State ↓ (CMD7 with RCA ≠ 0) Transfer State ↙ ↘ (CMD17/18) → Sending-data Receive-data ← (CMD24/25) ↓ ↓ (Data + CRC) (Data + CRC) ↓ ↓ Transfer State ← Programming State ← (内部写入完成)

三、各状态详解与关键命令

1.Idle State（空闲态）

• 上电或 CMD0 后进入
• 卡不响应大多数命令
• 关键命令：
  • CMD0：GO_IDLE_STATE → 强制进入此状态
  • CMD8：SEND_IF_COND（检查电压兼容性，SD v2.0+ 必需）
  • ACMD41：SD_SEND_OP_COND（主机轮询 OCR，直到卡就绪）

✅ 初始化流程：
主机反复发送ACMD41（需先发 CMD55），直到卡返回CCS=1且busy=0，表示进入 Ready State。

2.Ready State（就绪态）

• 卡已确认供电电压合适
• 可响应识别类命令
• 关键命令：
  • CMD2：ALL_SEND_CID → 进入 Ident State

3.Ident State（识别态）

• 卡发送 CID（Card Identification Register）
• 主机获取唯一标识
• 关键命令：
  • CMD3：SET_RELATIVE_ADDR → 主机分配 RCA（16-bit 地址）
  • 执行后进入Stand-by State

4.Stand-by State（待机态）

• 卡已有 RCA，但未被选中
• 可被其他卡共享总线（多卡系统）
• 关键命令：
  • CMD7（RCA ≠ 0）：SELECT_CARD → 进入Transfer State
  • CMD7（RCA = 0）：DESELECT_CARD → 返回 Stand-by

5.Transfer State（传输态）

• 卡被选中，可执行高级操作
• 支持命令：
  • CMD9：SEND_CSD（读取容量、速度等参数）
  • CMD16：SET_BLOCKLEN（设置块长度，默认 512B）
  • CMD17/18：READ_SINGLE/READ_MULTIPLE_BLOCK
  • CMD24/25：WRITE_BLOCK/WRITE_MULTIPLE_BLOCK
  • CMD32/33：ERASE_WR_ST/ERASE_RD_ST（设置擦除范围）
  • CMD38：ERASE

🔄 读写时会临时进入 Sending-data / Receive-data 状态，完成后自动返回 Transfer State。

6.Sending-data / Receive-data

• 临时状态，用于数据传输阶段
• 数据通过 DATA 线以块（Block）形式传输
• 每块结尾附带CRC-16
• 传输完成后：
  • 读操作 → 返回 Transfer State
  • 写操作 → 进入Programming State

7.Programming State（编程态）

• 卡正在将数据写入内部 NAND Flash
• 此时卡可能返回busy 信号（通过 DAT0 线拉低）
• 主机需轮询状态（如发 CMD13: SEND_STATUS）直到完成
• 完成后返回Transfer State

四、特殊注意事项

✅ 多卡支持

• SD 总线允许多张卡共存
• 每张卡有独立 RCA
• 任一时刻最多一张卡处于 Transfer State

❌ 常见错误

• 在 Idle State 直接发 CMD17 → 卡忽略或报错
• 未完成 ACMD41 初始化就尝试读写 → 失败
• 写操作后未等待 Programming 完成就断电 → 数据丢失

🆕 SD Express（PCIe 模式）

• 使用 NVMe 协议，绕过传统状态机
• 仅在初始化阶段使用 SD 状态机，之后切换到 PCIe/NVMe 模式

五、状态查询命令

0 = Idle 1 = Ready 2 = Ident 3 = Stand-by 4 = Transfer 5 = Sending-data 6 = Receive-data 7 = Programming

示例：若 CMD13 返回 R1 = 0x00000900，则 bit[12:9] = 0b1001 → 状态 = 9？
→ 实际需按规范解析：通常取(R1 >> 9) & 0xF，结果为 4 表示 Transfer State。

六、总结：典型工作流程

1. 上电→ Idle State
2. CMD0→ 确保复位
3. CMD8 + ACMD41 循环→ 进入 Ready
4. CMD2 → CMD3→ 获取 CID，分配 RCA
5. CMD7（RCA）→ 进入 Transfer
6. CMD17/24 等→ 读写数据（经 Sending/Receive-data）
7. CMD7（0）→ 可选：取消选中，返回 Stand-by

5.ONFI 时序

ONFI（Open NAND Flash Interface，开放 NAND 闪存接口）时序是确保 NAND 闪存与控制器之间可靠通信的关键。ONFI 标准由 ONFI 工作组制定（成员包括 Intel、Micron、SK Hynix 等），其电气时序规范定义了信号之间的最小/最大延迟、建立/保持时间、周期等参数，以保证在不同速率模式下数据的正确传输。

一、ONFI 时序的核心目标

• 标准化：统一不同厂商 NAND 闪存的接口时序
• 兼容性：主控无需修改即可支持多家 NAND
• 可扩展性：从 SDR 到 NV-DDR3/LPDDR4，速率不断提升
• 可靠性：通过严格时序约束避免数据采样错误

2. ONFI 支持的接口模式与时序类型

✅ 上电后，NAND 默认处于Mode 0（最慢、最兼容）。
✅ 主控通过读取Parameter Page判断 NAND 支持哪些时序模式。

三、关键时序参数（以 NV-DDR2/3 为例）

ONFI 4.0 定义了数十个时序参数，以下是最关键的几个：

📌DQS（Data Strobe）是源同步时钟，由 NAND（读）或控制器（写）发出，用于采样 DQ 数据。

四、时序模式协商流程

1. 上电复位→ NAND 进入 Mode 0（SDR，~50 MHz）
2. 主控读取 Parameter Page（通过 READ PARAMETER PAGE 命令）
   • 地址：0x00
   • 返回 256 字节，包含：
     • 支持的时序模式（Byte 92~95）
     • 页大小、块大小、ECC 要求等
3. 主控选择最高支持的时序模式
4. 发送 SET FEATURES 命令（Feature Address = 0x01）
   • Argument[7:0] = 目标 Timing Mode（如 0x05 表示 NV-DDR2 Mode 5）
5. NAND 切换到新时序模式，后续通信按新参数执行

⚠️ 若设置不支持的模式，NAND 可能无响应或行为未定义。

五、时序验证与测试（工程实践）

1.一致性测试（Compliance Test）

使用泰克（Tektronix）PGY-ONFI 软件 + 高带宽示波器（≥4 GHz）：

• 支持 SDR/NV-DDR/NV-DDR2/3
• 生成 Pass/Fail 报告（依据 ONFI 4.0 规范）

2.眼图分析（Eye Diagram）

• 在 DQ 和 DQS 信号上叠加多个周期
• 眼图张开度反映时序裕量
• 眼高 > 0 且眼宽 > 0 表示满足建立/保持时间

3.常见时序违规

六、ONFI 时序 vs 其他接口

🔁 ONFI 与 Toggle Mode 是两大 NAND 接口标准，互不兼容。

七、参考资料（来自你的知识库）

• ONFI 4.0 规范定义了完整的时序参数表
• 泰克 PGY-ONFI 软件支持自动测量与调试
• NAND 上电默认 Mode 0，需通过 Parameter Page 协商更高速率
• 泽石科技专利通过“模板触发”优化时序间隔，提升带宽 40%+