最新的eMMC產品遵循JEDEC eMMC 5.1標準，該標準定義了eMMC的通信信號、命令、內部寄存器、特性，并為系統設計人員提供指導。它是工業應用和汽車應用的嵌入式存儲解決方案的理想選擇，這些應用需要在廣泛的工作溫度范圍內具有高性能。eMMC也是Nand Flash的一種，屬于并行類別，由于控制系統的不同以及速率差異，將eMMC獨立出來，其容量可以覆蓋到很大的區間，從1GB到256GB甚至更高，采用8位并行數據接口。

1.1 結構圖

eMMC是使用MMC協議v5.1一個簡單的讀寫內存。eMMC將TLC模式Nand和eMMC控制器封裝在內部，作為一個JEDEC標準封裝，為主機提供標準接口。eMMC控制器（三星稱為FTL：過渡層）直接管理Nand Flash，包括ECC、損耗均衡、IOPS優化和讀取感應、CMD/區塊管理。

圖1 eMMC結構

從圖 1可以看到，eMMC包括控制器，MMC接口，Nand接口和Nand閃存單元。VDD（VCCQ）用于控制器電源（接口電源），VCC用于閃存電源。RESET用于復位。

1.2 數據接口定義

CLK

用于從 Host 端輸出時鐘信號，進行數據傳輸的同步和設備運作的驅動，頻率為0-200MHz。在一個時鐘周期內，CMD 和 DAT0-7 信號上都可以支持傳輸1個比特，即 SDR (Single Data Rate) 模式。此外，DAT0-7 信號還支持配置為 DDR (Double Data Rate) 模式，在一個時鐘周期內，可以傳輸2個比特。

Host可以在通訊過程中動態調整時鐘信號的頻率（范圍需要滿足 Spec 的定義）。通過調整時鐘頻率，可以實現省電或者數據流控（避免 Over-run 或者 Under-run）功能。在一些場景中，Host還可以關閉時鐘，例如 eMMC 處于 Busy 狀態時，或者接收完數據進入Programming State 時。

CMD

CMD 信號是設備初始化和命令傳輸的雙向通道，主要用于 Host 向 eMMC 發送 Command 和 eMMC 向 Host 發送對應的 Response。CMD信號有2種工作模式：

1#：漏極開路 ---> 用于初始化模式

2#：推拉模式 ---> 用于快速命令傳輸

DAT [7:0]

雙向數據信號，DAT0-7 信號主要用于 Host 和 eMMC 之間的數據傳輸。在eMMC上電或軟復位（即重置）后，只有 DAT0 可以進行數據傳輸（模式0）。完成初始化后，可配置 DAT0-3（模式4）或者 DAT0-7（模式8）進行數據傳輸，即數據總線可以配置為 4 bits 或者 8 bits 模式。

DAT信號在推挽模式下工作。數據線DAT0-DAT7內部上拉。進入4位模式后，eMMC立即斷開線路DAT0、DAT2和DAT3的內部上拉。進入8位模式后，eMMC立即斷開線路DAT0-DAT7的內部上拉。

Data Strobe

Data Strobe 時鐘信號由 eMMC 發送給Host，頻率與 CLK 信號相同，用于 Host 端進行數據接收的同步。Data Strobe 信號只能在 HS400 模式下配置啟用，啟用后可以提高數據傳輸的穩定性，省去總線 tuning 過程。

對于數據輸出，該信號的每個周期指示數據上的兩位傳輸（2x）-- 一位用于上升沿，另一位用于下降沿，對于CRC狀態響應輸出和CMD響應輸出。

RESET

低電平復位，工作后為高電平。

1.3 eMMC的電源

表格 1是eMMC的電源配置，Nand區域（VCC）需要3V電壓，而MMC控制器支持1.8V或3.3V雙電壓（VDD或VCCQ）。

表格 1 不同類型下的電源配置

通電時電源電壓必須單調上升，無下降；斷電時電源電壓必須單調下降，無顛簸。內部電壓檢測器在VCC和VCCQ下降時保證EMMC各項功能正常，其中VCC=2.7V-3.6V；VCCQ=1.70V-1.95V或者2.7V-3.6V。VCC和VCCQ在每個工作電壓范圍內達到穩定狀態之前，主機不得發出任何命令。

圖 2 eMMC理想上下電

如果VCC低于重置閾值，比如2.43V，VCCQ低于重置閾值，比如1.43V，內部WP線就會拉低以禁用閃存陣列編程/擦除操作。

1.4 硬件復位

使用硬件復位功能，主機必須將ECSD寄存器162字節，[1:0]位設置為0x1，以便在主機可以使用其之前啟用該功能。執行復位操作之前，主機必須在尚未執行任何操作的情況下，根據JEDEC規范在RST_N引腳處至少保持1us的低電平。如果復位引腳回到高電平，則eMMC阻止任何操作，并進入預空閑狀態，如圖 3所示。

圖 3 硬件復位