eMMC总线协议解析

eMMC总线拓扑

在eMMC总线中，可以有一个Host，多个eMMC设备。总线上的所有通信都是以Host发送一个Command给eMMC开始的，eMMC对于收到的不同Command会做出不同的response，当然了eMMC对于收到的部分Command可以不做response。Host一次只能与一个eMMC设备通信。

在上电启动后，Host会为所有eMMC设备依次分配相对地址（RCA，Relative card Address）。当Host需要和某一个eMMC设备通信时，会先通过RCA选中该eMMC设备，只有被选中的eMMC设备才会响应Host的Command。

eMMC总线协议

在系统上电复位后，Host必须使用eMMC总线协议指定的message来初始化eMMC设备。每个message都由下面的一个标记表示：

command：命令，一个命令是一个开始操作的标记。命令是由Host发给eMMC设备的。一个命令在CMD线上被串行传输。

response：响应，响应是由eMMC设备发送给Host，用于eMMC设备对先前收到命令的回复。一个响应在CMD线上被串行传输。

data：数据，数据可以从Host传输给eMMC设备，也可以从eMMC设备传输给Host。数据在数据线上被传输。用于传输数据的数据线可以是1个（DAT0），4个（DAT0-DAT3）或者8个（DAT0-DAT7）。

对于每一个数据线来说，在一个时钟周期可以传输1位数据，也就是SDR模式（single data rate）。当然了，在一个时钟周期可以传输2位数据，也就是DDR模式（dual data rate）。

eMMC的读和写命令是按照block为单位进行的。读和写可以是单块或者多块。读和写数据时，数据block后面会跟CRC。

eMMC读数据

Host从eMMC设备读取数据的流程图如下图所示：

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如果Host发送的是Read Single Block的命令（CMD17），那么eMMC设备只会发送一个Block的数据（一个Block数据的字节数可以由Host通过CMD16命令设定或者为eMMC设备的默认值）。

如果Host发送的是Read Multiple Block的命令（CMD18），并且在发送CMD18之前，先发送一个SET BLOCK COUNT命令（CMD23）来设置需要读取的数据块数量，那么eMMC设备在传输完指定数量的数据块之后，会自动结束数据传输，不需要Host主动发送Stop Command（CMD12）。

如果Host发送的是Read Multiple Block的命令（CMD18），并且在发送CMD18之前，Host没有发送设置读取数据块数量的命令，那么eMMC设备会持续发送数据，直到Host主动发送Stop Command（CMD12）。

eMMC写数据

Host向eMMC设备写入数据的流程图如下图所示：

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如果Host发送的是Write Single Block的命令（CMD24），那么eMMC设备只会将后续第一个Block的数据写入的存储器中（一个Block数据的字节数可以由Host通过CMD16命令设定或者为eMMC设备的默认值）。

如果Host发送的是Write Multiple Block的命令（CMD25），并且在发送CMD25之前，先发送一个SET BLOCK COUNT命令（CMD23）来设置需要写入的数据块数量，那么eMMC设备在接收完指定数量的数据块之后，会自动结束数据传输，不需要Host主动发送Stop Command（CMD12）。

如果Host发送的是Write Multiple Block的命令（CMD25），并且在发送CMD25之前，Host没有发送设置写入数据块数量的命令，那么eMMC设备会持续地将接收到的数据写入到存储器中，直到Host主动发送Stop Command（CMD12）。

eMMC设备在接收到一个Block的数据后，会进行CRC校验，然后将校验结果通过CRC Token发送给Host。发送完CRC Token后，如果CRC校验成功，eMMC设备会将数据写入到内部存储器，此时DAT0信号会拉低，作为Busy信号。Host会持续检测DAT0信号，直到为高电平时，才会接着发送下一个Block的数据。如果CRC校验失败，那么eMMC设备不会进行数据写入，此次传输的后续数据都会被忽略。

eMMC无数据和无响应命令示意

在Host与eMMC设备的通信中，有部分命令是不需要进行数据传输的，还有部分命令不需要eMMC设备回复Response，示意图如下所示：

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eMMC命令

eMMC命令类型

eMMC协议定义了4种类型的命令，包括：bc、bcr、ac和adtc，这些命令类型的说明如下：

bc：broadcast commands（bc），bc是广播命令，主机发送bc命令给eMMC设备后，eMMC设备不需要回复响应（response）。

bcr：broadcast commands with response（bcr），bcr是需要eMMC设备回复响应的广播命令。

ac：addressed（point-to-point） commands（ac），ac是数据线（DAT lines）无数据传输的（no data transfer）点对点（point-to-point）命令。

adtc：addressed（point-to-point） data transfer commands（adtc），adtc是数据线有数据传输的点对点命令。

所有的命令（command）和响应（response）都是在CMD线上进行传输的。发送命令或响应时先发送起始位（Start bit），最后发送结束位（End bit）。

eMMC命令格式

eMMC的Command格式如下图所示：

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eMMC的Command由48 bits组成，所有的eMMC命令都以01开始，以1结尾。所有的eMMC命令都是在CMD线上进行传输的，发送命令时先发送命令的起始位（Start bit），最后发送命令的结束位（End bit）。eMMC命令各个位的说明如下图所示：

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Start Bit：起始位，固定为0，在没有命令传输的情况下，CMD线上的信号保持高电平，当Host将Start Bit发送到总线上时，eMMC设备可以很方便检测到命令的Start Bit（CMD线上的信号由高电平变为低电平），并开始接收Command。

Transmission Bit：传输位，固定为1，该位指示CMD线上数据的传输方向，该位为1，表示CMD线上数据的传输方向为从Host到eMMC设备。

Command Index和Argument：命令索引和命令参数，Command Index和Argument是命令的具体内容，不同的命令Command Index不同，不同的命令Argument也不相同。

CRC：CRC校验值，包含Start Bit、Transmission Bit、Command Index和Argument内容的CRC校验值。

End Bit：结束位，固定为1。

eMMC命令类别

eMMC的命令被划分成多种不同的类别。每一种命令类别支持一个设备功能的子集。

Class 0是所有eMMC设备都必须支持的命令类别。其他的命令类别根据具体的设备类型可以是必须支持的，也可以是可选的。

eMMC命令类别描述如下：

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Host可以通过读取CSD寄存器的CCC [95:84]位域，来了解当前eMMC设备对命令类别的支持情况，对应的位域值为1，就表示该eMMC设备支持对应的命令类别。

审核编辑：汤梓红