eMMC存储器详解(存储区域结构、EXT_CSD[179]、各分区介绍、主要引脚、命令格式与类型等)
读本篇博文所需要的先行知识
关于芯片内部的ROM的作用、工作原理的介绍,链接如下:
https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145969584
eMMC的物理结构、特点、用途
这个标题的相关内容见我的另一篇博文,博文链接如下:
https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145367399
eMMC设备的存储区域结构
eMMC(Embedded MultiMediaCard)是一种嵌入式存储设备,符合JEDEC(Joint Electron Device Engineering Council)标准,广泛用于嵌入式系统,如智能手机、单板计算机和工业设备。eMMC的存储区域结构主要包括以下部分:
1. Boot Partition(引导分区)
- 作用:用于存储引导加载程序(如U-Boot),系统启动时可以直接从该区域加载引导代码。
- 特点:
- eMMC通常提供两个Boot分区(
Boot Partition 1
和Boot Partition 2
)。这两个Boot分区在Fastboot(FB)协议中通常被命令名为boot0和boot1,并分别编号为1和2。关于Fastboot(FB)协议的详细介绍,请见博文 https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145985144 - 每个Boot分区的大小通常是固定的(如128KB、512KB或4MB,取决于eMMC规格)。
- 可以通过
EXT_CSD[179] BOOT_CONFIG
配置哪个Boot分区用于启动。关于EXT_CSD[179] BOOT_CONFIG
的详细介绍见本博文后面。 - 只能通过特殊方式(如u-boot中的eMMC命令
mmc bootpart enable
或 Linux 系统下的命令dd if=uboot.img of=/dev/mmcblkXboot0
)写入。 - 不能用于普通数据存储。
- eMMC通常提供两个Boot分区(
2. RPMB(Replay Protected Memory Block,防重放保护存储区)
- 作用:
- 主要用于存储安全相关数据,例如加密密钥、认证信息、防篡改数据等。
- 具有防重放保护机制,可防止存储数据的回滚攻击。防重放保护通常是指防止攻击者通过回滚存储器内容,恢复到较早的状态,从而绕过安全检查或重现旧的、可能已被撤销的凭据。
- 特点:
- 只能通过安全认证的方式访问,不能像普通块设备一样读写。
- 通常容量较小,例如512KB或更大。
- 不能直接挂载或用于普通存储。
3. General Purpose Partitions(通用分区)
- 作用:
- 额外的可由用户定义的分区,可用于存储操作系统、应用程序或其他数据。
- 特点:
- eMMC允许创建最多4个通用分区。
- 大小可配置,但一旦分配就不能动态调整。
- 适用于某些特殊用途,例如存放文件系统、日志或者特定数据。
4. User Data Area(用户数据区域)
- 作用:
- 主要存储操作系统、根文件系统、用户数据等。
- 特点:
- 这个区域是eMMC中容量最大的部分,相当于普通SD卡的存储空间。
- 可以划分多个逻辑分区(如ext4、FAT等)。
- 直接映射为Linux设备,例如
/dev/mmcblkX
(裸设备)或/dev/mmcblkXpY
(分区)。 - 采用可磨损均衡(Wear Leveling)和坏块管理机制,以提高eMMC的寿命和稳定性。
5. Enhanced User Data Area(增强型用户数据区)
- 作用:
- 允许将部分User Data Area转换为SLC模式,以提升写入寿命和可靠性。
- 特点:
- 通过配置EXT_CSD寄存器来分配。
- 牺牲存储容量换取更高的耐久性。
- 适用于高频写入的数据,如日志、数据库等。
6.eMMC分区示意图
下面分区示意图中提到的“FB协议”的详细介绍请参看我的另一篇博文 https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145985144
+----------------------+ 0x00000000
| Boot Partition 1 | (大小固定,如4MB)【在FB协议中被命令为boot0,编号为1】
+----------------------+
| Boot Partition 2 | (大小固定,如4MB)【在FB协议中被命令为boot1,编号为2】
+----------------------+
| RPMB Partition | (大小固定,如512KB)
+----------------------+
| General Purpose 1 | (可选)
+----------------------+
| General Purpose 2 | (可选)
+----------------------+
| General Purpose 3 | (可选)
+----------------------+
| General Purpose 4 | (可选)
+----------------------+
| User Data Area | (最大存储区域)【在FB协议中被命令为 userdata 或 mmcblk0,编号为0】
+----------------------+ 0xFFFFFFFF
上面这个分区示意图中eMMC的相关分区在FB(Fastboot)协议中的名称和编号再附一张表:
eMMC 分区 | Fastboot 分区名称 | 编号 (mmc partconf) |
---|---|---|
Boot Partition 1 | boot0 | 1 |
Boot Partition 2 | boot1 | 2 |
User Data Area(主存储区) | userdata 或 mmcblk0 | 0 |
eMMC通常存储容量有多大?我开发析上的eMMC容易有多大?
从上面的分区示意图可以看出,其寻址空间为0x00000000~0xFFFFFFFF,一共有8个F,即32位,32位刚好对应的是4GB,所以eMMC通常的存储容量是4GB大小。我的开发板也正是4GB大小的eMMC,如下图所示:
在核心版的原理图中(文件MYC-Y6ULX1211.pdf)中搜索“eMMC”得到如下结果:
然后查看板子的丝印文件(100ask_imx6ull_PRO_V11_silktop(丝印图).pdf):
所在eMMC芯片在硬件实物中的位置如下图所示:
7. Linux系统中将eMMC的各区域分别映射为什么名称的设备文件?
在Linux系统中,eMMC的不同区域通常会映射成不同的设备节点:
eMMC区域 | 设备节点示例 | 说明 |
---|---|---|
Boot Partition 1 | /dev/mmcblk0boot0 | 引导分区 1 |
Boot Partition 2 | /dev/mmcblk0boot1 | 引导分区 2 |
RPMB Partition | /dev/mmcblk0rpmb | 认证存储区(受保护) |
User Data Area | /dev/mmcblk0 | 用户数据区(整个eMMC) |
分区1(如rootfs) | /dev/mmcblk0p1 | 用户数据区的一个分区 |
分区2(如/data) | /dev/mmcblk0p2 | 用户数据区的另一个分区 |
如何查看Linux系统的eMMC的分区信息(设备节点信息)
可以使用以下命令查看eMMC的分区信息:
lsblk
cat /proc/partitions
ls /dev/mmcblk*
fdisk -l /dev/mmcblk*
我的开发板运行命令lsblk
的结果如下:
我的开发板运行命令cat /proc/partitions
的结果如下:
[root@imx6ull:~]# cat /proc/partitions
major minor #blocks name
.....
179 0 3817472 mmcblk1
179 1 512000 mmcblk1p1
179 2 1048576 mmcblk1p2
179 3 10240 mmcblk1p3
179 24 4096 mmcblk1rpmb
179 16 4096 mmcblk1boot1
179 8 4096 mmcblk1boot0
从运行结果来看,用户数据区(User Data Area )的设备节点名为mmcblk1
,它被划分成了三个逻辑分区,分别为mmcblk1p1
、mmcblk1p2
、mmcblk1p3
,容量大小情况如下:
mmcblk1
:3817472KB = 3728MB ≈ 3.6GB
mmcblk1p1
:512000KB = 500MB ≈ 0.48GB
mmcblk1p2
:1048576KB = 1024MB ≈ 1 GB
mmcblk1p3
:10240KB = 10MB
可见,第2分区是最大的,有1个GB的大小。
命令fdisk -l /dev/mmcblk*
的运行结果如下:
从中可以看到eMMC设备节点的详细信息,我整理一下输出信息如下:
[root@imx6ull:~]# fdisk -l /dev/mmcblk*
Disk /dev/mmcblk1boot0: 4 MB, 4194304 bytes, 8192 sectors
128 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Disk /dev/mmcblk1boot0 doesn't contain a valid partition table
Disk /dev/mmcblk1boot1: 4 MB, 4194304 bytes, 8192 sectors
128 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Disk /dev/mmcblk1boot1 doesn't contain a valid partition table
Disk /dev/mmcblk1: 3728 MB, 3909091328 bytes, 7634944 sectors
119296 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Device Boot StartCHS EndCHS StartLBA EndLBA Sectors Size Id Type
/dev/mmcblk1p1 * 0,65,4 63,254,1 4098 1028097 1024000 500M 83 Linux
/dev/mmcblk1p2 * 63,254,2 194,137,9 1028098 3125249 2097152 1024M 83 Linux
/dev/mmcblk1p3 194,137,10 195,207,14 3125250 3145729 20480 10.0M c Win95 FAT32 (LBA)
Disk /dev/mmcblk1p1: 500 MB, 524288000 bytes, 1024000 sectors
16000 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Disk /dev/mmcblk1p1 doesn't contain a valid partition table
Disk /dev/mmcblk1p2: 1024 MB, 1073741824 bytes, 2097152 sectors
32768 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Disk /dev/mmcblk1p2 doesn't contain a valid partition table
Disk /dev/mmcblk1p3: 10 MB, 10485760 bytes, 20480 sectors
320 cylinders, 4 heads, 16 sectors/track
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Disk /dev/mmcblk1p3 doesn't contain a valid partition table
fdisk: can't open '/dev/mmcblk1rpmb': Input/output error
上面输出信息中mmcblk1p1
和mmcblk1p2
在Boot项上有个*
代表这两个分区是可引导的,但在ARM 嵌入式系统这个信息不重要,原因是i.MX6ULL 内部的 ROM中的 代码可以直接从 eMMC 的Boot Partition (比如mmcblk1boot1) 中加载 U-Boot,无需从用户数据区去加载引导程序(u-boot)。这里的*
号只是一个标志,表示该分区被设定为可引导,但不一定真正参与系统启动。
eMMC的EXT_CSD[179] BOOT_CONFIG
是什么东西?
名字来源
EXT_CSD
这个名字的来源是Extended CSD
。CSD
是Card-Specific Data
的缩写,直译为“卡指定数据”,即为为设置存储卡指定的数据,实际上就是存储器的寄存器。
所以我们通常说:“eMMC 设备的 EXT_CSD寄存器。”
eMMC 设备的 EXT_CSD寄存器是一个 512 字节大小的寄存器空间,用于存储 eMMC 设备的各种扩展配置参数。EXT_CSD[179] 表示 EXT_CSD 寄存器的第 179 个字节(从 0 开始计算)。在 eMMC 规格中,EXT_CSD[179] 这个字节被定义为 BOOT_CONFIG(引导配置),所以出现了标题中的EXT_CSD[179] BOOT_CONFIG
这个名字。
EXT_CSD[179]
(BOOT_CONFIG)寄存器解析
EXT_CSD[179]
(BOOT_CONFIG)寄存器解析如下:
EXT_CSD[179]
主要用于设置 eMMC 的引导相关配置,包括:
- 选择哪个 Boot 分区作为默认启动分区。
- 是否启用 Boot 访问模式。
- 是否启用高速度模式(HS_TIMING)。
BOOT_CONFIG
(EXT_CSD[179])的位定义:
位范围 | 名称 | 说明 |
---|---|---|
7 | BOOT_ACK | 是否在 Boot 过程中启用 BOOT_ACK 响应(0: 关闭,1: 使能)。【关于什么叫 BOOT_ACK 响应,请往后面看】 |
6:5 | BOOT_PARTITION_ENABLE | 选择哪个 Boot 分区用于启动: 00b - 用户分区 01b - Boot 分区1 10b - Boot 分区2 11b - 保留 |
4:3 | BOOT_PARTITION_ACCESS | 选择当前访问的 Boot 分区(仅在 BOOT_MODE 访问时生效):00b - 用户分区 01b - Boot 分区1 10b - Boot 分区2 11b - 保留 |
2:0 | BOOT_MODE | Boot 访问模式选择: 000b - 普通数据模式 001b - 强制 Boot 010b - 备用 Boot 011b - 用户区 Boot 100b - 关机后 Boot 其他 - 保留 |
BOOT_CONFIG
的常见配置:
如果你希望 eMMC 在上电后自动从 Boot 分区 1 启动,并启用 BOOT_ACK
,可以设置:
EXT_CSD[179] = 0x48 // 0b01001000
解释:
BOOT_ACK
= 1(启用 Boot ACK)BOOT_PARTITION_ENABLE
= 01(Boot 分区 1)BOOT_PARTITION_ACCESS
= 00(无 Boot 访问)BOOT_MODE
= 000(普通数据模式)
如何修改 EXT_CSD[179]
:
在 u-boot中,可以使用 mmc
工具进行查看和修改:
读取 EXT_CSD 信息
mmc extcsd read /dev/mmcblk0
修改 Boot 分区配置(例如设置为 Boot 分区1)
mmc bootpart enable 1 1 /dev/mmcblk0
如果你是用 mmc
设备直接操作,可以通过 mmc cmd6
命令修改 EXT_CSD[179]
。
什么叫eMMC的 BOOT_ACK
响应?
BOOT_ACK
(Boot Acknowledge,启动确认)是 eMMC 在 Boot 过程中提供的一个特殊的确认信号,用于指示 eMMC 设备已进入 Boot 模式,并准备好传输 Boot 数据了。
在 eMMC 设备的 EXT_CSD[179]
(BOOT_CONFIG)寄存器的 第 7 位(bit7) 控制是否启用 BOOT_ACK
机制:
BOOT_ACK = 0
(默认) → 设备在 Boot 过程中不会发送 ACK 响应,主机必须自己确定 eMMC 是否进入了 Boot 模式。BOOT_ACK = 1
→ eMMC 在 Boot 过程开始时会发送一个ACK
响应,通知主机 Boot 过程已启动。
BOOT_ACK
作用
-
确保 eMMC 进入 Boot 模式
- 在
BOOT_ACK
使能的情况下,主机(比如 BootROM 或 Bootloader)可以通过检测ACK
确保 eMMC 正确进入 Boot 模式。
- 在
-
提高 Boot 稳定性
- 某些平台在上电初始化时,需要确保 eMMC 设备正确响应 Boot 过程,否则可能会进入错误状态。
-
防止误读取数据
BOOT_ACK
使能后,主机不会误将未准备好的数据当作 Boot 数据读取。
eMMC BOOT_ACK
过程
-
主机复位并发送 Boot 启动命令
- 发送
CMD0
(GO_IDLE_STATE)并选择 Boot 模式。【关于CMD0
是怎么回事?请看本篇博文后面内容(搜索“eMMC的命令详解”和“关于 eMMC的CMD0
命令选择Boot 模式的工作流程的详解”)。】
- 发送
-
eMMC 响应
BOOT_ACK
(如果启用)- 设备进入 Boot 状态后,会返回
ACK
,通知主机已准备好发送 Boot 数据。
- 设备进入 Boot 状态后,会返回
-
主机开始接收 Boot 数据
- 设备按照 Boot 配置传输 Boot 分区数据(通常是
BOOT_PARTITION_1
或BOOT_PARTITION_2
)。
- 设备按照 Boot 配置传输 Boot 分区数据(通常是
在Linux系统下,如何读取EXT_CSD[179]
的配置值?
在 Linux 设备中,可以查看 eMMC 的EXT_CSD[179]
的配置值,用下面的命令即可:
mmc extcsd read /dev/mmcblk0 | grep BOOT_CONFIG
你应该会看到 EXT_CSD[179]
配置,例如:
BOOT_CONFIG = 0x48
其中:
0x48 = 0b01001000
BOOT_ACK = 1
(使能 Boot ACK)BOOT_PARTITION_ENABLE = 01
(Boot 分区 1)BOOT_PARTITION_ACCESS = 00
(无手动访问)
之前已经确认(搜索“ 如何查看Linux系统的eMMC的分区信息(设备节点信息)”),我的开发板的eMMC的设备节点名为mmcblk1
,所以对于我的开发板,需要运行下面的命令:
mmc extcsd read /dev/mmcblk1 | grep BOOT_CONFIG
但运行结果如下:
这说明在读取/dev/mmcblk1
的配置信息中,只搜索到一句话含有BOOT_CONFIG
这个关键词,这句话如下:
Boot config protection [BOOT_CONFIG_PROT: 0x00]
BOOT_CONFIG_PROT
是 Boot 配置保护的寄存器,用于 保护 eMMC Boot 分区配置,防止意外修改。0x00
说明 Boot 配置保护未启用,你仍然可以修改 eMMC 的 Boot 分区配置。
也就是说没有出现我们期望的信息,看来如何在Linux系统中获取EXT_CSD[179]
的配置值,还需要进一步研究, 但这个问题并不是本篇博文的重点,所以暂且把这个问题放在一边。
eMMC的哪些分区是不可调整的?哪些是可以调整的?
问:eMMC的存储区域是出厂时就划分好的,还是后来根据需要用工具或命令划分的?
答:
1. 出厂默认划分的区域
在 eMMC 出厂时,制造商已经预先划分了以下区域:
eMMC 区域 | 出厂时状态 |
---|---|
Boot Partition 1 | 预设大小(如 4MB),无法调整 |
Boot Partition 2 | 预设大小(如 4MB),无法调整 |
RPMB Partition | 预设大小(如 512KB),无法调整 |
User Data Area | 整个剩余容量,可以重新分区 |
General Purpose Partitions(通用分区) | 默认不存在,需要手动创建 |
2. 后续可手动调整的部分
虽然 Boot 分区和 RPMB 分区的大小是固定的,但用户可以使用工具或命令进行如下调整:
- 划分用户数据区(User Data Area) → 用
fdisk
、parted
等工具创建文件系统分区,如/dev/mmcblk0p1
(rootfs)、/dev/mmcblk0p2
(data)。 - 创建通用分区(General Purpose Partitions) → 通过修改 eMMC 的
EXT_CSD
寄存器,将一部分用户数据区转换为通用分区。 - 转换部分用户数据区为增强型存储(Enhanced User Data Area, SLC模式) → 提升可靠性,但会减少容量。
eMMC的主要引脚功能介绍
eMMC(嵌入式多媒体卡)采用 BGA 封装,不同版本的 eMMC 可能有不同的引脚定义。一般来说,eMMC 主要使用 11 个信号引脚,支持 1-bit、4-bit 和 8-bit 数据总线模式。
1. eMMC 主要引脚功能
eMMC 采用 BGA-153、BGA-169 或 BGA-100 封装,以下是常见的引脚定义:
引脚名称 | 引脚编号 | 描述 |
---|---|---|
VCC | 供电引脚 | 核心电源(通常为 3.3V) |
VCCQ | 供电引脚 | I/O 电源(1.8V 或 3.3V,根据工作模式) |
VSS / GND | 供电引脚 | 地线 |
CLK(Clock) | 时钟信号 | 由主机提供时钟(最大 200MHz,HS400 模式下可达 400MHz) |
CMD(Command) | 命令信号 | 双向信号,用于主机和 eMMC 之间传输命令和响应 |
DAT0-DAT7(Data) | 数据线 | 支持 1-bit(DAT0)、4-bit(DAT0-DAT3)、8-bit(DAT0~DAT7) 模式 |
RST_n(Reset) | 复位信号 | 可选,用于硬件复位 |
DS(Data Strobe) | 仅在 HS400 模式下使用 | 提高数据同步精度 |
NC(Not Connected) | - | 保留未使用的引脚 |
2. 详细引脚说明
(1)电源相关
- VCC(核心电源):通常为 3.3V,部分低功耗 eMMC 可能支持 1.8V。
- VCCQ(I/O 电源):
- 3.3V(常见于旧版 eMMC 4.3 及以下)
- 1.8V(eMMC 4.5 及以上,低功耗模式)
- VSS(GND):地线,必须连接到电源地。
(2)控制信号
- CLK(时钟信号):
- 由主机提供,用于同步数据传输。
- 默认频率 0~26MHz,高速模式可达 52MHz,HS200/HS400 模式下可达 200MHz/400MHz。
- CMD(命令信号):
- 由主机发送 eMMC 命令,eMMC 也可在该引脚上返回响应(双向)。
- 逻辑上属于 开漏/推挽驱动。
- RST_n(复位信号,可选):
- 低电平复位 eMMC,部分 eMMC 可能不支持该引脚。
(3)数据传输
- DAT0~DAT7(数据线):
- DAT0:用于 1-bit 模式。
- DAT0-DAT3:用于 4-bit 模式。
- DAT0-DAT7:用于 8-bit 模式(通常用于 eMMC)。
- 具有 内部上拉,在 空闲状态 下维持高电平。
- DS(数据选通信号,HS400 模式专用):
- 仅在 HS400 模式 下使用。
- 作用:主机用于数据同步。
3. eMMC 数据模式
模式 | 使用的引脚 | 速率 |
---|---|---|
1-bit 模式 | CLK、CMD、DAT0 | 低速 |
4-bit 模式 | CLK、CMD、DAT0-DAT3 | 中速 |
8-bit 模式 | CLK、CMD、DAT0-DAT7 | 高速(推荐) |
在 Linux/嵌入式系统中,eMMC 通常采用 8-bit 模式,以提高读写效率。
4. BGA-153 引脚排列示意图
典型的 BGA-153(11x11)封装 引脚示意:
____________________________
| |
| DAT7 DAT6 DAT5 DAT4 | ← 数据线
| VSS VCCQ CMD CLK | ← 控制 & 电源
| DAT3 DAT2 DAT1 DAT0 | ← 数据线
|____________________________|
不同封装(BGA-100、BGA-153、BGA-169)的引脚排列可能有所不同,但信号功能基本相同。
5.关于eMMC没有地址线的说明(eMMC如何进行寻址)
1. eMMC 为何没有地址线?
在传统的并行存储器(如 NOR Flash、SRAM)中,CPU 需要使用 地址线(Address Bus) 选择存储单元,用 数据线(Data Bus) 进行读写。但 eMMC 采用 MMC(MultiMediaCard)协议,使用 CMD 命令接口 进行数据寻址,并通过 数据线(DAT0-DAT7) 传输数据,因此 不需要单独的地址线。
2. eMMC 的寻址方式
eMMC 的寻址是基于 逻辑块地址(LBA, Logical Block Addressing),类似于硬盘(SD 卡也是同样的方式)。访问数据时:
- CPU 通过 CMD 发送读/写命令,指定要访问的 LBA 地址。
- eMMC 内部的 Flash 控制器 解析 LBA 地址,将其映射到 NAND Flash 物理地址。
- 数据通过 DAT 线传输,并由 eMMC 内部管理 ECC、磨损均衡等。
Linux 访问 eMMC 时,通常把它当作块设备 /dev/mmcblk0
,通过 dd
、fdisk
等工具进行分区和访问,而不是像 SRAM 那样直接使用地址线访问
eMMC的命令详解
eMMC(嵌入式多媒体卡)遵循 MMC(MultiMediaCard)协议,使用一套标准的 命令格式(Command Format) 来与主机(如处理器或控制器)进行通信。eMMC 的命令分为多种类型,并采用 48-bit 或 136-bit 的格式。
1. eMMC 命令格式
eMMC 命令的基本格式如下:
位 | 名称 | 说明 |
---|---|---|
47 | 起始位(Start Bit) | 固定为 0 |
46 | 传输方向(Transmission Bit) | 1 表示主机到设备,0 表示设备到主机 |
45:40 | 命令索引(Command Index) | 6-bit 命令编号,如 CMD0 为 000000 |
39:8 | 参数(Argument) | 32-bit 参数,具体值因命令而异 |
7:1 | CRC 校验(CRC7) | 7-bit 循环冗余校验 |
0 | 结束位(End Bit) | 固定为 1 |
注意:
- 该格式适用于 所有 48-bit 命令(最常见)。
CMD2
例外,它使用 136-bit 长响应,返回CID
号(卡片标识)。
2. eMMC 命令类型
(1)基本命令
命令 | 名称 | 描述 |
---|---|---|
CMD0 | GO_IDLE_STATE | 使 eMMC 进入空闲状态 |
CMD1 | SEND_OP_COND | 发送 OCR(操作条件寄存器),检查 eMMC 是否准备好 |
CMD2 | ALL_SEND_CID | 发送 eMMC 的唯一 ID 号 |
CMD3 | SET_RELATIVE_ADDR | 设置 eMMC 的 RCA(相对地址) |
CMD6 | SWITCH | 切换 eMMC 的模式(如改变工作电压) |
CMD7 | SELECT/DESELECT_CARD | 选中或取消选中某张 eMMC 卡 |
(2)读/写命令
命令 | 名称 | 描述 |
---|---|---|
CMD8 | SEND_EXT_CSD | 读取 eMMC EXT_CSD (扩展寄存器) |
CMD9 | SEND_CSD | 读取 eMMC CSD (卡片特性描述符) |
CMD16 | SET_BLOCKLEN | 设置读写块大小 |
CMD17 | READ_SINGLE_BLOCK | 读取单个块 |
CMD18 | READ_MULTIPLE_BLOCK | 读取多个块 |
CMD24 | WRITE_BLOCK | 写入单个块 |
CMD25 | WRITE_MULTIPLE_BLOCK | 写入多个块 |
(3)数据传输命令
命令 | 名称 | 描述 |
---|---|---|
CMD12 | STOP_TRANSMISSION | 停止多块传输 |
CMD13 | SEND_STATUS | 查询 eMMC 的状态 |
CMD23 | SET_BLOCK_COUNT | 预设多块传输的块数 |
3. eMMC 响应格式
eMMC 响应有 6 种类型:
- R1(正常响应):包含 eMMC 状态
- R2(CID/CSD 响应):136-bit 长响应
- R3(OCR 响应):包含操作条件寄存器
- R4(不常用)
- R5(不常用)
- R6(RCA 响应)
例如:
CMD2
返回 R2 响应(136-bit)CMD1
返回 R3 响应(48-bit)CMD13
返回 R1 响应(48-bit)
4. 数据传输格式
eMMC 读写数据时,数据通过 单线(1-bit)、4-bit 或 8-bit 模式 进行传输,通常格式如下:
- 起始位
- 数据块
- CRC 校验
- 停止位
eMMC 允许 单块或多块传输,多块传输可以提高读写效率。
5.小结
- eMMC 采用 48-bit 标准命令格式,有
Start Bit
、Command Index
、Argument
、CRC7
和End Bit
。 - 命令分为 初始化命令、数据传输命令、控制命令。
- 不同命令返回 不同格式的响应(R1、R2、R3等)。
- 数据传输支持 单块/多块模式,使用
CMD17/18
进行读取,CMD24/25
进行写入。
关于 eMMC的CMD0
命令选择Boot 模式的工作流程的详解
上面一个目录已经详细介绍了eMMC的命令的相关知识,在此基础上,我们再来了解下CMD0
命令对Boot模式的选择。
在 eMMC 设备的 Boot 过程 中,主机(Host,例如 CPU 或 BootROM)需要 复位 eMMC 并使其进入 Boot 模式,这个过程通常通过 CMD0
(GO_IDLE_STATE)实现。
1. CMD0
(GO_IDLE_STATE)命令的作用
CMD0
是 eMMC 规范中的一个标准命令,其作用是:
- 让 eMMC 进入空闲(Idle)状态,类似于软复位(Software Reset)。
- 可以附带参数来指定 eMMC 的 启动模式(Boot Mode)。
在正常的数据模式下,CMD0
的参数通常是 0x00000000
,表示让 eMMC 进入 Idle State(空闲状态)。
但在 Boot 过程中,CMD0
可以使用特定参数,使 eMMC 进入 Boot 模式 并准备传输 Boot 数据。
2. CMD0
选择 Boot 模式的参数
当系统启动时,BootROM 或 Bootloader 需要告诉 eMMC 进入 Boot 模式。
这通常通过 CMD0
命令 带上特定参数 来完成。
CMD0 参数值 | 含义 |
---|---|
0x00000000 | 进入 空闲状态(Idle State),用于普通复位 |
0xFFFFFFFA | 进入 Boot 操作模式(Boot Operation Mode) |
0xFFFFFFF1 | 进入 备用 Boot 模式(Alternative Boot Mode) |
其中,0xFFFFFFFA
是 最常用的,因为它会让 eMMC 从 BOOT_PARTITION_ENABLE
指定的 Boot 分区启动。【 BOOT_PARTITION_ENABLE
是在EXT_CSD[179]
中配置的,EXT_CSD[179]
在前文已有详细介绍。】
3. 使用CMD0
进入 Boot 模式并启动u-boot的完整流程
步骤 1:上电并初始化 eMMC
- 处理器上电后,eMMC 仍然处于 Inactive State(未激活状态),不会立即工作。
- 处理器需要复位 eMMC,并配置 Boot 模式。
步骤 2:发送 CMD0 0xFFFFFFFA
进入 Boot 模式
- BootROM 发送:
CMD0 (0xFFFFFFFA)
- eMMC 进入 Boot 模式,准备从 Boot 分区传输数据。
步骤 3:eMMC 发送 BOOT_ACK
(可选)
如果 BOOT_ACK
(EXT_CSD[179] Bit7)被启用:
- eMMC 会发送一个 ACK 响应,通知主机已准备好发送 Boot 数据。
步骤 4:eMMC 传输 Boot 数据
- eMMC 进入 Boot 传输模式,并从
EXT_CSD[179]
(BOOT_CONFIG)指定的 Boot 分区(BOOT_PARTITION_1
或BOOT_PARTITION_2
)发送 Boot 代码(通常是 Bootloader)。 - 这个传输过程是 单向的,eMMC 只负责发送,主机通过 低速模式(默认 26MHz) 读取 Boot 数据。
步骤 5:主机加载 Boot 代码
- BootROM 读取 eMMC 传输的 Boot 数据(如
u-boot
)。 - 如果数据有效,BootROM 跳转到 Boot 代码,继续启动操作系统。
常用的eMMC配置修改工具有哪些?
① u-boot可以修改eMMC的配置。
② Linux系统也可以修改eMMC的配置。
③ 注意:百问网基于NXP提供的uuu工具搞出的烧写工具在进行烧写准备前也可能去修改eMMC的配置。百问网提供的烧写工具的详细介绍见 https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145653414 其实这个烧写工具本质上也是使用的u-boot,详情见 https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145985144
Linux系统中如何管理eMMC分区
① 查看eMMC信息
cat /sys/class/mmc_host/mmc0/mmc0:0001/ext_csd
对于我的开发板而言,mmc的序号值为1,但是下面这个目录:
/sys/class/mmc_host/mmc1/mmc1:0001
中,只有csd
文件,没有ext_csd
文件,如下图所示:
可见,如需在Linux下查看我的开发板的eMMC的ext_csd
信息,还需要作进一步研究,这并不是本篇博文的重点,所以暂且不作进一步研究。
② 访问Boot分区
# 读取Boot分区
dd if=/dev/mmcblk0boot0 of=boot.img bs=1M
# 写入Boot分区(需启用写入)
echo 0 > /sys/block/mmcblk0boot0/force_ro
dd if=u-boot.img of=/dev/mmcblk0boot0 bs=1M
③ 格式化User Data分区
mkfs.ext4 /dev/mmcblk0p1
④如何查看eMMC的分区信息(设备节点信息)
请在本博文中搜索关键词“以下命令查看eMMC的分区信息”查看相关内容。
⑤在Linux系统下,如何读取EXT_CSD[179]
的配置值?
详情请搜索在本篇博文中搜索关键词:“在Linux系统下,如何读取EXT_CSD[179]
的配置值”
扩展阅读
Fastboot(FB)协议介绍
https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145985144
百问网在uuu工具的基础上开发出的烧写工具的介绍
https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145653414
Bootloader的三个阶段详解(BootROM、SPL、U-Boot)
https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145999721
SPL和U-Boot合成镜像u-boot-dtb.imx
时需要作填充数据处理
https://blog.csdn.net/wenhao_ir/article/details/145999721