eMMC的前世今生.ppt

eMMC的前世今生 A95原班人马全力打造金秋九月倾情巨献 注意事项 本文件仅供A95HW EE内部交流使用本文件不得复制或传送给非相关人员文中内容如有侵权请联系作者A95HW EE保留所有权利 ROM Read onlyMemory 只读存储器 什么是ROM Devicesareaspecialcaseofmemorywhere innormalsystemoperation thememoryisreadbutnotchanged Readonlymemoriesarenon volatile thatis storedinformationisretainedwhenthepowerisremoved ROM的演变与发展 MaskROM 掩膜只读存储器 存储信息在芯片制作过程中被固化 用户只能选用而不能修改 故又称固定只读存储器 制作掩膜ROM需要专门的掩膜治具 成本很高 故多用于大批量生产 ROM的演变与发展 PROM 可编程只读存储器 ProgrammableROM只能进行一次编程的存储器 内部熔丝的熔断或保留来区分1和0 一经写入便无法修改 ROM的演变与发展 EPROM 可擦除的可编程只读存储器 ErasablePROM可反复擦除已有数据 写入新信息 通常多于100次 采用MOS工艺 ROM的演变与发展 EEPROM 电可擦除可编程只读存储器 ElectricalErasePROM支持在线读写 写入之前勿需进行擦除操作 写入时自动擦除 EEPROM支持按Byte擦除 而EPROM的修改只能先全部擦除再重新写入 ROM的演变与发展 FlashMemory 闪存 类似于EEPROM 它即可以整片擦除也可以按扇区擦除 还可以按Byte擦除 Flash强调指令的快速读取 FlashMemory闪存 什么是FlashMemory FlashMemory中文名字叫闪存 是一种长寿命的非易失性 在断电情况下仍能保持所存储的数据信息 的存储器 市场上主要的Flash有两种规格 NORFlash和NANDFlash NORFlash的由来及应用 Intel于1988年首先开发出NORflash技术 彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面 NOR类似于DRAM 以存储程序代码为主 可以让微处理器直接读取 因为读取速度较快 但晶片容量较低 所以多应用在通讯产品中 如手机 NORFlash的特点 NORFlash的特点是芯片内执行 XIP eXecuteInPlace 应用程序可以直接在flash闪存内运行 不必再把代码读到系统RAM NOR的传输效率很高 在1 4MB的小容量时具有很高的成本效益 但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能 NANDFlash的由来及应用 1989年 东芝公司发表了NANDflash技术 强调降低每比特的成本 更高的性能 并且像磁盘一样可以通过接口轻松升级 由于NANDflash的晶片容量相对于NOR大 更像硬盘 写入与清除资料的速度也远快于NOR 所以当时多应用在小型机以储存资料为主 目前已广泛应用在各种存储设备上 可存储代码和资料 NANDFlash的特点 NAND闪存的存储单元采用串行结构 存储单元的读写是以页和块为单位来进行 一页包含若干字节 若干页则组成储存块 这种结构最大的优点在于容量可以做得很大 NAND闪存的成本较低 有利于大规模普及 NAND闪存的缺点在于读取速度较慢 它的I O端口只有8个 比NOR要少 8个I O端口只能以信号轮流传送的方式完成数据的传送 速度要比NOR闪存的并行传输模式慢得多 再加上NAND内部不存在专门的存储控制器 一旦出现数据坏块将无法修 可靠性较NOR闪存要差 NORFlash与NANDFlash NAND规格快闪记忆体像硬碟 以储存数据为主 又称为DataFlash 晶片容量大 目前主流容量已达2Gb NOR规格记忆体则类似DRAM 以储存程序代码为主 又称为CodeFlash 所以可让微处理器直接读取 但晶片容量较低 主流容量为512Mb NORFlash与NANDFlash NAND规格晶片写入与清除资料的速度远快于NOR规格 多应用在小型记忆卡 以储存资料为主 NOR规格晶片读取资料的速度则快于NAND规格 多应用在通讯产品中 NANDFlash NANDFlash的分类 按存储单元类型分类SLC Single LevelCell 即1bit cell 读写速度快 寿命长 价格是MLC三倍以上 约10万次读写寿命 NANDFlash的分类 MLC Multi LevelCell 即2bit cell 速度一般 寿命一般 价格一般 3000 10000次读写寿命 MLC芯片推出后 MLC芯片读写次数和效能上远不如SLC芯片 但随着效能大幅改善后 MLC芯片逐渐成为NANDFlash产业主流 现在MLC芯片性价比提升 也逐渐导入许多应用领域包括军规 航空 车用 云端运算用服务器 工业用等 还包括笔记本电脑 NB 等 NANDFlash的分类 TLC Triple LevelCell 即3bit cell 速度慢 寿命短 价格便宜 约500次读写寿命 技术在逐渐成长中 而TLC芯片则是当中质量最低的 不过成本也便宜 主要是用于对速度要求不高的快闪记忆卡和随身碟等产品上 目前TLC芯片还不能用在中高阶或是特殊领域产品上 NANDFlash的瓶颈及eMMC的出现 随着纳米制程和存储技术的发展 NAND的性能却在不断下降 从原来的1bit cell发展到后来3bit cell 计算更为复杂 出错率不免更高 读写次数和寿命也会更短 在这种情况下现有的Flash需要搭配一颗高性能的控制芯片来提供EDC ECC WearLeveling BlockManagement等Flash管理 嵌入式存储芯片eMMC应运而生 eMMC 当前最红的移动设备本地存储解决方案 eMMC EmbeddedMultiMediaCard 厂商 SAMSUNG三星SANDISK新帝Kingston金士顿Toshiba东芝Hynix海力士Micron美光 eMMC的组成 基于NANDFlash的存储芯片具有标准MMC接口内置主控制器 控制芯片 标准BGA封装 eMMC的优势 ItiseasytouseastheMMCinterfaceallowseasyintegrationwithanymicroprocessorwithMMChost AnyrevisionoramendmentofNANDisinvisibletothehostastheembeddedMMCcontrollerinsulatesNANDtechnologyfromthehost Thisleadtofasterproductdevelopmentaswellasfastertimestomarket eMMC5 0的新增功能 HS400ModeFieldFirmwareUpdateDeviceHealthReportSleepNotification HS400Mode的特点 DDRDatasamplingmethodCLKfrequencyupto200MHzDDR upto400MbpsOnly8 bitsbuswidthavailableSignalinglevelsof1 8VSixselectableDriveStrength eMMC供电电压 Memorypower NANDarea VDDForVCC 2 7V 3 6V Interfacepower MMCcontroller VDD 1 7V 1 95V orVCCQ 2 7V 3 6V dualsupply eMMC的结构及信号 eMMC的结构及信号 CLK Clockinput DAT0 7 Bidirectionaldatachannels itoperatesinpush pullmode RST n HWresetsignalpin VSS Groundconnections VDDF VCC SupplyvoltageforflashmemoryVDD VCCQ SupplyvoltageformemorycontrollerVDDi Internalpowernodetostabilizeregulatoroutputtocontrollercorelogics 核心逻辑控制器 eMMC的结构及信号 DataStrobe NewlyassignedpinforHS400modeandgeneratedfromeMMCtohost InHS400mode readdataandCRCresponsearesynchronizedwithDataStrobe CMD Amandoperatesintwomode open drainforinitializationandpush pullforfastcommandtransfer eMMC内部分区 ThedeviceinitiallyconsistsoftwoBootPartitionsandRPMBPartitionandUserDataArea TheUserDataAreacanbedividedintofourGeneralPurposeAreaPartitionsandUserDataAreapartition EachoftheGeneralPurposeAreapartitionsandasectionofUserDataAreapartitioncanbeconfiguredasenhancedpartition eMMC内部分区示意图 eMMC内部分区 ThesizeofBootAreaPartition1and2cannotbesetindependently Itissetassamevalue e MMCadoptsEnhancedUserDataAreaasSLCMode ThereforewhenmasteradoptssomeportionasenhanceduserdataareainUserDataArea thatareaoccupiesdoublesizeoforiginalsetupsize eMMC未来趋势 eMMC下一个世代将会由UFS