eMMC和UFS的基础知识与区别

eMMC和UFS的基础知识与区别

关联文章:存储基础知识

文章目录

一、eMMC是什么?eMMC结构eMMC的接口和寄存器定义坏块管理(Bad Block Management)

二、UFS是什么?逻辑单元(LU)

三、emmc和ufs的区别传输速度启动时间UFS相比于eMMC的优势:

一、eMMC是什么?

eMMC(Embedded Multi Media Card)是一种使用非常广泛的存储器件,由MMC协会订立。从消费电子,工业领域,到车规等级,以其性能优良,高可靠性,调试便捷等等特点,成为芯片最小系统构建不可或缺的一员。

eMMC采用统一标准的接口,把高容量NAND Flash以及eMMC Controller封装在一颗BGA芯片中。Controller除了支持eMMC通信协议,更包含了Flash管理机制,包括错误探测和纠正,擦写均衡机制,坏块管理,掉电保护等技术。用户无需担心NAND Flash技术规格和工艺的变化。

简单地说,eMMC=Nand Flash+控制器+标准封装 eMMC 在其内部集成了 Flash Controller,用于完成擦写均衡、坏块管理、ECC校验等功能,让 Host 端专注于上层业务,省去对 NAND Flash 进行特殊的处理。

eMMC结构

eMMC的接口和寄存器定义

接口定义: CLK:0-200MHz

CMD:用于设备初始化和命令传输的双向通道, CMD信号有2种工作模式:

1#:漏极开路—>用于初始化模式 2#:推拉—>用于快速命令传输

其中命令从eMMC主机控制器发送到eMMC设备,响应从设备发送到主机。

DAT [7:0]:双向数据信号,模式包括1(DAT0)、4(DAT0-DAT3)或8(DAT0-DAT7)。默认情况下,通电或重置后,只有DAT0用于数据传输。

DAT信号在推拉模式下工作,eMMC设备包括数据线DAT1-DAT7的内部上拉。-进入4位模式后,设备立即断开线路DAT1、DAT2和DAT3的内部上拉。 进入8位模式后,设备立即断开线路DAT1-DAT7的内部上拉。

数据选通:该输出信号由设备生成,信号的频率遵循CLK的频率,用于在HS400模式下读取期间与主机同步数据。对于数据输出,该信号的每个周期指示数据上的两位传输(2x)-一位用于上升沿,另一位用于下降沿,对于CRC状态响应输出和CMD响应输出(仅在HS400增强选通模式启用)。

寄存器定义:

OCR(操作条件寄存器):初始化期间 VDD电压分布和访问模式指示 - 双电压(3.3V、1.8V) - 扇区模式(LBA=512B)CSD(卡专用数据寄存器):卡操作条件(数据传输速度、数据格式、纠错类型)CID(卡识别寄存器):设备识别号(名称、制造商、序列号)RCA(卡相对地址寄存器):初始化期间主机分配的设备系统地址DSR(驱动级寄存器):可选用于提高总线性能并配置设备的输出驱动程序ECSD(扩展芯片特定数据寄存器):卡功能和所选模式

不同版本的传输速度:

坏块管理(Bad Block Management)

eMMC 会自动管理坏块。当发现某个块无法正常使用时,会标记该块为坏块,并将数据迁移到健康的块中。

eMMC 内部的 块 通常是 NAND Flash 的最小擦除单位,每个块的大小大约是 128KB 到 256KB。 每次擦除操作都会清空整个块,不能单独擦除其中的一部分。 eMMC 内的 页 大小通常为 2KB 到 4KB,这与 NAND Flash 相似。每次数据写入操作都是按页进行的,写入时不能覆盖原页中的数据。

二、UFS是什么?

Universal Flash Storage,即通用闪存存储器,简称UFS,是一种固态存储设备,将3D闪存和控制器集成在一个JEDEC标准包中,适用于在低功耗下需要高速性能的应用,目前在智能手机中广泛应用,UFS内存具有体积小、大存储密度、快速的传输速率和低功耗等等优势,已经逐渐延伸到其它领域,比如车载、安防和云计算。

逻辑单元(LU)

在UFS的世界里,它也有这个特性。UFS设备的物理存储空间可以有若干个独立的逻辑地址空间,我们把逻辑地址空间叫做LU,即Logical Unit,俗称“撸”。LU 接收主机发过来的命令或请求可能来自应用层的 SCSI 模块、设备管理器或者任务管理器

每个 LU 都是独立的,“独立”表现在下面几个方面:

逻辑地址空间是独立的,都是从LBA0(Logical Block Addressing,逻辑块寻址)开始;逻辑块大小可以不同,可以为4KB,…;可以有不同的安全属性,比如可以设置不同的写保护属性每个 LU 可以有自己的命令队列;LU 可以启动代码、应用程序代码和应用数据;

总结来说,划分不同 LU 有以下作用:

外部可寻址;存储实体(可以单独做 Boot 启动、写保护或 RPMB[3](Replay Protected Memory Block,重播保护内存块) ); 内部任务队列;

一个 UFS 设备最多可以有 32 个逻辑单元用来存储用户数据的,此外可能有 4 个知名逻辑单元 (Well Known LU): 各个LU相对地址如下:

三、emmc和ufs的区别

传输速度

UFS一个关键性能优势是UFS规范支持串行接口速度,比嵌入式多媒体卡eMMC规范中支持的并行接口要快得多。当前的UFS v4.0规范支持高达每秒4.64Gb的接口速度,即传输速度高达4GB/s,比当前的eMMC v5.1规范的每秒400MB/s接口速度快11.5倍以上。连续(顺序)写入速度达到2800MB/s,随机读写速度可以达到400MB/s和500MB/s。 ·eMMC为半双工结构,同一时间下只能读取或者写入,但是UFS是全双工结构,既可以读取又可以写入。

·UFS使用的是差分传输结构,而eMMC使用的是单线传输形式需要考虑噪声容限等指标,且信号电平要高于UFS,因此速率受限不如UFS。

启动时间

得益于其高速顺序读取性能,最新的UFS v4.0规范的快速闪存接口速度提供了超快的设备启动和初始化速度,使诸如工业扫描仪、POS系统、车辆唤醒等等能够从睡眠模式下做出快速响应。对于需要大量启动数据(在系统运行之前会先加载启动程序,启动程序运行完毕才能开始运行整个系统)输出的系统,UFS的启动时间比其他存储设备更快,而这是车载应用中使用UFS的一大动力。

UFS相比于eMMC的优势:

1)抗EMI和串扰 如果从差分导体外部引入EMI或串扰,则将其同等地添加到反相和非反相信号。因此,接收器电路极大地降低了干扰或串扰的幅度。

2)降低EMI和串扰 差分对中的两个信号产生(理想情况下)幅度相等但极性相反的电磁场。 这适用于UFS卡,并确保两个导体的发射在很大程度上相互抵消。

3)更好的信噪比 UFS卡中的差分信号可以使用较低的电压,并且由于提高了抗噪声性能,仍然保持足够的信噪比(SNR),而SD卡中的单端信号需要稳定的高电压以确保足够的SNR。

4)接收器电路的复杂性降低 将差分信号集成到UFS卡中,确定逻辑状态更简单,就像比较反相和非反相信号的电压一样。然而,在SD卡的单端系统中,接收器电路更复杂,应考虑参考电压的值以及变化和容差。

5)专业物理/链接和命令层的优点

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