硬件电路设计之eMMC电路设计
1 简介
emmc(embedded multi media card)是嵌入式多媒体卡的简称，主要是针对智能手机和平板电脑特点等设计的。它的实质是在nand flash的基础上增加了一个控制器，并预留了一个标准接口。
2 emmc尺寸及封装介绍
尺寸介绍
针对emmc的封装，根据pin脚可以分为153ball和 169ball ，但是这两种的引脚是兼容的，只是后者多了16个空脚，用于芯片的固定，没有任何信号定义。芯片封装万科的尺寸有：
11.5*1312*1614*1816*20实物图片见下：
封装介绍
emmc的封装通常有两种形态，分别153ball和 196ball， 196ball应用较少，这里主要说明153ball的相关信息：
封装见下：
尺寸信息
3 工作原理
emmc主要可以分为两个部分：flash和 contrller 。emmc的实质是集成了存储控制器的nand flash。详见下图：
flash
emmc常采用非易失性存储器，掉电后数据不丢失的nand flash。
contrller
各个区域的功能见下：
区域名称
boot area partition 1 & 2 此分区主要是为了支持从 emmc 启动系统而设计的。该分区的数据，在emmc上电后，可以通过很简单的协议就可以读取出来。同时，大部分的 soc 都可以通过gpio或者 fuse 的配置，让rom代码在上电后，将emmc boot 分区的内容加载到soc 内部的 sram 中执行。
rpmb partition rpmb是replay protected memory block 的简称，它通过 hmac sha-256和write counter来保证保存在 rpmb 内部的数据不被非法篡改。在实际应用中，rpmb 分区通常用来保存安全相关的数据，例如指纹数据、安全支付相关的密钥等。
general purpose partition 1～4 此区域则主要用于存储系统或者用户数据。general purpose partition 在芯片出厂时，通常是不存在的，需要主动进行配置后，才会存在。
user data area 此区域则主要用于存储系统和用户数据。user data area 通常会进行再分区，例如 android 系统中，通常在此区域分出 boot、system、userdata 等分区
4 引脚说明
电源引脚
序号名称意义
1 vccq电压 该电压由cpu的数据总线的vccio决定（emmc总线vccio值必须与vccq保持一致）
2 vcc电压 该电压为核心电压；
3 vddim 内部与内核供电端相连，主要功能是稳定内核电压，该pin脚直接连接一个对地的1μf电容。
控制信号引脚
序号名称意义
1 clk 从host输出的时钟信号，用于数据的同步。
2 cmd 主要用于host向emmc发送指令以及emmc向host发送请求。
3 ds时钟 ds时钟由emmc发送给host，用于host与emmc进行数据接收同步。只有在hs400模式下，才需要使用ds引脚。
注意 ：hs200模式下，需要使用clk、cmd、d[3...0]；hs400模式下，需要使用clk、cmd、d[7...0]、ds。
数据信号引脚
d[7...0]：dx信号主要用于 host 和 emmc 之间的数据传输。在 emmc 上电或者软复位后，只有 dat0 可以进行数据传输，完成初始化后，可配置 4bit 或者8bit进行数据传输。
5 emmc电路设计实战
电源部分
emmc供电采用3.3v和1.8v电源，注意电容应该靠近ic引脚放置。注意去耦电容大小，详见附件。
数据通信部分
该部分需要需要添加上拉电阻，不同厂家的芯片应该注意上拉电阻的阻值，详见附件。
nc部分
该部分的引脚无实际功能，在进行pcb走线时可压pin走线。
附件
上拉电阻和去耦电容的大小，一般由详细说明，具体见下：
6 pcb布局建议
信号clk、cmd、dq和ds均做阻抗50ω±10%匹配管控。
信号clk、cmd、dq和ds约束为同组信号，长度差控制在±50mil范围内。
所有信号线走线长度约束在2000mil以内，且注意使用ibis模型进行仿真评估阻抗匹配和反射情况。
信号线有完整的参考层。
内部走不出来的信号可以从nc pad走，不能从rfu pad上走线。
clk和rst_n长度差在1000mil以内。
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尺寸介绍
针对emmc的封装，根据pin脚可以分为153ball和 169ball ，但是这两种的引脚是兼容的，只是后者多了16个空脚，用于芯片的固定，没有任何信号定义。芯片封装万科的尺寸有：
11.5*1312*1614*1816*20实物图片见下：
封装介绍
emmc的封装通常有两种形态，分别153ball和 196ball， 196ball应用较少，这里主要说明153ball的相关信息：
封装见下：
尺寸信息
3 工作原理
emmc主要可以分为两个部分：flash和 contrller 。emmc的实质是集成了存储控制器的nand flash。详见下图：
flash
emmc常采用非易失性存储器，掉电后数据不丢失的nand flash。
contrller
各个区域的功能见下：
区域名称
boot area partition 1 & 2 此分区主要是为了支持从 emmc 启动系统而设计的。该分区的数据，在emmc上电后，可以通过很简单的协议就可以读取出来。同时，大部分的 soc 都可以通过gpio或者 fuse 的配置，让rom代码在上电后，将emmc boot 分区的内容加载到soc 内部的 sram 中执行。
rpmb partition rpmb是replay protected memory block 的简称，它通过 hmac sha-256和write counter来保证保存在 rpmb 内部的数据不被非法篡改。在实际应用中，rpmb 分区通常用来保存安全相关的数据，例如指纹数据、安全支付相关的密钥等。
general purpose partition 1～4 此区域则主要用于存储系统或者用户数据。general purpose partition 在芯片出厂时，通常是不存在的，需要主动进行配置后，才会存在。
user data area 此区域则主要用于存储系统和用户数据。user data area 通常会进行再分区，例如 android 系统中，通常在此区域分出 boot、system、userdata 等分区
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电源引脚
序号名称意义
1 vccq电压 该电压由cpu的数据总线的vccio决定（emmc总线vccio值必须与vccq保持一致）
2 vcc电压 该电压为核心电压；
3 vddim 内部与内核供电端相连，主要功能是稳定内核电压，该pin脚直接连接一个对地的1μf电容。
控制信号引脚
序号名称意义
1 clk 从host输出的时钟信号，用于数据的同步。
2 cmd 主要用于host向emmc发送指令以及emmc向host发送请求。
3 ds时钟 ds时钟由emmc发送给host，用于host与emmc进行数据接收同步。只有在hs400模式下，才需要使用ds引脚。
注意 ：hs200模式下，需要使用clk、cmd、d[3...0]；hs400模式下，需要使用clk、cmd、d[7...0]、ds。
数据信号引脚
d[7...0]：dx信号主要用于 host 和 emmc 之间的数据传输。在 emmc 上电或者软复位后，只有 dat0 可以进行数据传输，完成初始化后，可配置 4bit 或者8bit进行数据传输。
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电源部分
emmc供电采用3.3v和1.8v电源，注意电容应该靠近ic引脚放置。注意去耦电容大小，详见附件。
数据通信部分
该部分需要需要添加上拉电阻，不同厂家的芯片应该注意上拉电阻的阻值，详见附件。
nc部分
该部分的引脚无实际功能，在进行pcb走线时可压pin走线。
附件
上拉电阻和去耦电容的大小，一般由详细说明，具体见下：
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信号clk、cmd、dq和ds均做阻抗50ω±10%匹配管控。
信号clk、cmd、dq和ds约束为同组信号，长度差控制在±50mil范围内。
所有信号线走线长度约束在2000mil以内，且注意使用ibis模型进行仿真评估阻抗匹配和反射情况。
信号线有完整的参考层。
内部走不出来的信号可以从nc pad走，不能从rfu pad上走线。
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