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SD/eMMC测试分析仪解决方案

eMMC總線分析模組介紹
孕龍科技邏輯分析儀eMMC總線分析模組可支援分析eMMC總線中的Command及Data部分，使用者僅需在總線設定視窗中進行設定即可使用，整個設定可以分成四個區塊，分別為解碼格式、通道、

解碼與總線協議顏色設定，設定畫面如圖九所示。
圖九:孕龍科技邏輯分析儀 eMMC 總線分析模組設定視窗

 解碼格式：選擇eMMC的資料傳輸模式，這關乎邏輯分析儀在解碼資料時是否正確。
 通道設定：可設定分析eMMC 時與邏輯分析儀連接的通道方向，務必連接正確。
 解碼設定：這邊可以設定Bus為CMD線解碼還是Data線解碼，在Data解碼部份記得要設定一個Block長度為多少的Byte(Rang:2 ~ 16k Byte)
 總線協議顏色設定：可設定總線中各種封包顏色設定，方便使用者視狀況調整顏色。

實際應用案例 CMD Tracing and Debug Program
在某個eMMC開發專案裡，假若工程師已經把Code完整寫好也通過程式的Compile，基本的讀寫測試也OK，但在特定位子讀寫資料時卻發生資料有誤的問題，那麼除了使用輔助軟體(Hex Editor 

or Ultra Edit…)觀察錯誤資料外，還有什麼更好的辦法進行資料偵錯呢？
這時如果您有使用孕龍的邏輯分析儀，就可以直接操作使用，追蹤某一CMD、 Address或Data，任何你想追蹤的封包資料都可進行擷取，直接幫你快速進行Debug。下圖為透過追蹤特定的CMD進

而找出資料有誤的bug。
步驟1. 追蹤CMD25 (WRITE_MULTIPLE_BLOCK)，擷取寫入的資料。
步驟2. 找尋特定位址 Address 0x60000，以便觀看後面資料寫入狀態。
步驟3. 使用封包列表顯示再搭配封包與波形同步功能，可直接快速幫你做同步顯示分析，直接分析兩筆同位址，但寫入資料卻*不同的結果。

近年由於智慧型手機、平板電腦與筆記型電腦的興起，直接反應在傳統的多晶片封裝(MCP)與eMMC需求大量增加，各研發團隊除了對CPU效能有更高的要求之外，對於內建式的 NAND Flash 儲

存容量需求也相對提高不少。自2007年發表*代iPhone造成狂銷熱賣帶動下，更多手機開發商加入開發內建式儲存的智慧型手機設計，而的iPhone 4更是直接捨棄傳統式MCP模組直

接採用eMMC! eMMC後勢必將持續看漲。

SD/eMMC测试分析仪产品规格
取樣頻率    内部(时序)(异步) 1.6 GHz (625 ps)
外部(状态)(同步) 200 MHz
待测信号    eMMC4.51, eMMC5.0, SD3.0(protocol decoder)
带宽: 200MHz
触发电压范围: 1.2V / 1.8V / 3.3V
内存    内存容量: 32 Gbits
每信道内存深度: 2 Gbits
触发    触发方式: 字符、信道、转态
触发阶层: 48阶
总线触发: eMMC 5.0
触发计数: 1 ~ 65535
支持系统    Windows 2000 / XP(32bits) / Vista / Win 7
传输接口    USB2.0(1.1)
电源    AC100~240V , 50~60Hz
产品体积    251mm * 182mm * 40mm
注意    需搭配本公司之『eMMC 5.0 Probe』探棒使用。 规格请详洽技术人员。

性能特点
时序分析功能(Logic Analyzer mode)
Event trigger事件触发：3阶CMD sequence事件设定；CRC error触发；Busy Time触发。(for eMMC)
协定封包触发；NCR…等时序格式；1、4、8 bit数据格式；支援HS400 Mode

协议分析功能(Protocol Analyzer mode)        
Events log: 小时→天等级的纪录长度(250M records)；CMD / Addr / Arg / Data / status封包结构查找；CRC error、CMD response error问题讯号快速查找。

自动化测试项目随JEDEC规格进化            
Device Identification Mode；Data Transfer Mode；Read/Write Data Comparison；Packet Statistics…等。

软件仿真校正功能
软件内含625 ps精度时序飘移(timing shift)校正，排除微小的取样点频率误差所造成讯号解析错误。

配件
Bus Expert主机        
Probe讯号传输线    
eMMC 5.1 Probe        
usb线            
BNC cable        
电源线        
电源变压器        
安装光盘            
携带包

介绍
eMMC (Embedded MultiMediaCard) 是嵌入式多媒體卡的縮寫，由MMC協會(Multi Media Card Association)所訂立的嵌入式內存標準規格，主要針對行動裝置產品為主，如手機、智慧型手機

、平板電腦、筆記型電腦…等等；這些產品它們都需要輕薄的機身，因此有減少使用零組件面積的需求， eMMC便因此而誕生！
eMMC 簡化了內存的設計，使用多晶片封裝(MCP) 技術，把NAND Flash 晶片和控制晶片(Control chip) 封裝在一起，打成單一顆晶片，如此便可以省下零組件並增加電路板面積。

eMMC 技術應用
eMMC架構是由一個嵌入式儲存方案所組成，內部結構帶有MMC介面、 NAND Flash 以及Control所組成，經由BGA封裝在一顆小型的晶片上。簡單來說， HOST processor 只需要透過MMC BUS下

達命令即可，不需要任何內存管理方面的演算法 (ECC、 Wear-Leveling、 BBM)的計算，這些都已經交給了與NAND Flash封裝在一起的Control chip，這對研發團隊來說無疑是降低研發成本

的好方法。

eMMC 規格
eMMC傳輸速度高達52MB/s，電壓範圍為1.8v至3.3v，具備高速且可升級的特性。制定規格上， eMMC 4.2 制訂了eMMC介面速度及容量，介面速度為52MB/s、容量規格則大於2GB。到了eMMC 4.3

則新增Booting Function、 Explicit Sleep Mode、 Reliable Write等功能。而目前的eMMC 4.4 更強化雙倍內存介面效能 (DDR)，使原本定義的52MB/s速度提升到100MB/s以上，效能提

高2倍，此外還加入了彈性分區管理概念(Multiple Partitioning)，將晶片定義為High Density及High Performance兩個部份，可將程式碼和系統資料放在High Performance區塊，如此一來

便可以更有彈性的使用區塊容量，而且在eMMC 4.4 還增加了防寫的功能，提高資料安全性。

eMMC 的特性及優勢
 Has these System Voltage (VDD) Ranges :
 Ten-wire bus (clock, 1 bit command, 8 bit data bus) and a hardware reset.
 Clock frequencies of 0-200MHz
 Three different data bus width modes: 1-bit , 4-bit, and 8-bit
 Data protection Mechanisms (Write Protection Types) :
 Password (密碼保護功能)
 Permanent(*性保護)
 Power-On(上電保護)
 Temporary(暫時性寫入資料保護)
 Different types of error protected read and write modes(兩種讀寫模式):
 Single Block(單塊讀寫)
 Multiple Block(多塊讀寫)
 Data Removal Commands(三種抹除資料命令，以Block為單位):
 Erase(抹除映射裝置位址的資料)
 Trim(是寫入Block，而非抹除區塊)
 Sanitize(物理移除，刪除未映射使用的位址資料)
 Enhance host and device communication techniques to improve performance
Power Off Notification (斷電告知)
 High Priority Interrupt (高優先中斷HPI)
 Background Operations (後台操作)
 Partitioning(分區管理)
 System data tagging (系統資料標記功能)
 Introduces dual data rate transfer (DDR mode)
High Voltage MultiMediaCard Dual Voltage MultiMediaCard
Communication 2.7 - 3.6 1.70 - 1.95, 2.7 - 3.6 (Note 1)
Memory Access 2.7 - 3.6 1.70 - 1.95, 2.7 - 3.6
NOTE 1 VDD range: 1.95V - 2.7V is not supported.

eMMC 操作模式
所有Host與Card之間的傳輸控制都是統一由HOST來控制，而HOST發送控制命令有分為兩種廣播和位址(點對點傳輸)
eMMC的五種操作模式：ID辨識模式、中斷模式、資料傳輸模式、無效模式

廣播命令模式
Broadcast commands
顧名思義，就是HOST發送一個命令給所有的MMC卡，而某些卡則會對這命令做出回應。
位址命令模式
Addressed (point-to-point) commands
可以理解成直接命令，也就是說Host直接對某張MMC卡下一個命令，而卡針對此命令直接做反應。

Boot mode
Power ON 後，卡若收到CMD0(GO_Idle_State)並帶argument(0xF0F0F0F0)，此時Card若支援Boot mode則會進入Boot mode，否則進入identification mode。
ID 辨識模式
Card identification mode
Power ON 後，經過Boot mode完成或不支援Bootmode，Card都將會進入此模式持續等待收到Host下CMD3(Send_Relative_Address)
中斷模式
Interrupt mode
Host和Card會同時進入此模式，此模式中不會做Data Transfer，只允許Host or Card 送出 interruptservice request。
資料傳輸模式
Data transfer mode
當卡收到由Host所給予的RCA，這時卡便會進入Data transfer mode，等待讀寫動作指令。
無效模式
Inactive mode
當Card若為電壓不符規定或插入方式無效時便會進入此模式，亦可使用CMD15(GO_INACTIVE_ STATE )命令使一個已標識的Card進入非活動狀態。

eMMC卡上電後狀態流程 (Identification mode)
一般 eMMC 上電後，若沒進入 Boot mode 則會立即進入Identification flow，此時 Host(Card Reader or Processor) 會立即下達 CMD1 (Command 1) 給 Device (Card)，詢問閒置的裝置
其工作條件為何，此時Device會回給Host兩種狀態Busy or Ready，若Device回應Busy則Host會一直不停的下CMD1直到Device回應Ready並回應其CMD1所請求的資料，之後便是連續兩道命令

CMD2與CMD3， CMD2請求CID number， CMD3為Host給予Device RCA位子，至此Device便完成了與Host基本註冊可以開始進行資料傳輸。
此時Device進入Data Transfer Mode狀態為Stand-by，等待Host下達任何資料傳輸或特殊命令。

eMMC 封包與響應
 封包(Packet)： eMMC協議中共有五種數據封包，分別是『 Command』 、 『 Response』 、『 Block』 、 『 CRC Status』 和『 Busy』 ，詳述如下：
 Command：一律由Host下達，並可帶參數的命令。
 Response：Device對Host 發出Command所做的響應，內部參數表示該Device現階段的狀態為何。
 Block：eMMC 的傳輸協定中的基本單位，所有數據資料都會封裝在Block裡傳輸。
 CRC Status ：此數據封包通常在寫入Block後出現，用來通知Host寫入Block的結果。
 Busy：此數據資料通常在寫入Block後出現，用來通知Host該Device目前處於忙碌狀態，無法寫入下一個Block。
 響應(Responses)：所有響應均是Device接受到Host命令之後所發送的，而響應內容的長短取決於響應的種類。基本的響應結構為Start bit - Transmission bit – Content bits 

 CRC bits
End bit，如圖三所示。 eMMC協定中共有5 種響應種類，分別是R1、 R2、 R3、 R4與R5

 R1 (normal response command):
總長 48 bit，[ 45 : 40 ] 代表回應的CMD數值， [ 39 : 8 ] 則是表示Device現在的狀態。 R1還有另ㄧ個格式為R1b，結構與R1相同，不過增加了可選擇的BUSY信號。
 R2 (CID, CSD register):
總長136 bit，主要是響應回報CID與CSD暫存器的內容， CID register分別對應CMD2與CMD10，而CSD register則是對應CMD9。
 R3 (OCR register):
總長48 bit，主要響應回報ORC暫存器的內容，只有當Host下CMD1時， Device響應的格式內容就是R3。
 R4 (Fast I/O):
總長48 bit，主要用於要寫入和讀出某個暫存器8bit的區段資料，只有當Host下CMD39， Device響應的格式內容就是R4。
 R5 (Interrupt request):
總長48 bit，此響應為中斷請求的響應格式，只有當Host下達CMD40命令某張卡必須進入中斷模式時， Device若確實收到並回應此R5響應，則代表此卡進入中斷，並且RCA被設置為0x0。

eMMC 傳輸模式
 1 bit Bus SDR (Single Data Rate): 上升沿采樣只需使用一個資料信號腳(Data 0)即可
 4 bit Bus SDR: 上升沿采樣需使用四個資料信號腳(Data 0 ~ Data 3)分別是1位元Bus上升沿采樣(1 bit SDR)、 4位元Bus上升沿采樣(4 bits SDR)、 8位元Bus上升沿采樣(8 bits 

DDR)、 4位元Bus DDR與8位元Bus DDR，這五種均是用Block為單位作數據傳輸

 8 bit Bus SDR：上升沿采樣需使用八個資料信號腳 (Data 0 ~ Data 7)
 4 bit Bus DDR (Double Data Rate) :Block和CRC在CLK的上升沿與下降沿被采樣，而起始位和結束位元只有在上升沿被采樣

 8 bit Bus DDR (Double Data Rate):
使用八個資料信號腳(Data 0 ~ Data 7)，資料傳輸模式如同4 bit Bus DDR
DDR的采樣方式如下圖所示，它會依照CLK的上下升沿作資料的擷取，進而達到雙倍的資料傳輸，這邊要注意，只有一開始與結束bit是上升沿擷取， Data以及CRC的資料皆是上下沿擷取。