3.2 嵌入式多媒体卡 eMMC Embedded MultiMedia Card

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1 eMMC/SD是什么？

eMMC (Embedded Multi Media Card）是MMC协会订立、主要针对手机或平板电脑等产品的内嵌式存储器标准规格。eMMC在封装中集成了一个控制器，将NAND Flash芯片和控制芯片设计成1颗MCP芯片，提供标准接口并管理闪存，使得手机厂商就能专注于产品开发的其它部分，并缩短向市场推出产品的时间。同时其接口电压可以是1.8V或者是3.3V。
SD卡(Secure Digital MemoryCard)存储卡，是用于手机、数码相机、便携式电脑、MP3和其他数码产品上的独立存储介质，一般是卡片的形态，故统称为“存储卡”，又称为“数码存储卡”、“数字存储卡”、“储存卡”等。
所有SD卡也都使用NAND Flash芯片+控制器的结构。标准SD卡主要由硬件接口、卡接口控制器、内部寄存器、存储器以及电源检测单元等部分组成。


NAND Flash有4种类型：SLC(Single level Cell)，MLC(Multi level Cell)，TLC(Triple level Cell)，QLC(Quad level Cell)



就是车载的环境实验更加严格，高低温的时间，高温高湿的时间都会更长。

由于NAND Flash芯片厂专注eMMC生产，而eMMC主要是以MLC型NAND Flash晶片生产为主，这也促使NAND Flash大厂三星、东芝等纷将产能转去生产MLC NAND Flash，MLC将会成为市场主流，其价格会有下降趋势，后续与TLC价格差异会越来越小。


国产存储等待一场革命

2 SD卡有哪些种类？

2.1 按照大小尺寸分类

SD卡按照外形大小分为标准尺寸SD卡、Mini SD卡和Micro SD卡。除了外形有所差异外，引脚数量与编号也有所不同，其中Mini SD相对于标准SD，增加了2个NC引脚，Micro SD相对于标准SD，减少了1个VSS引脚。

Micro SD Card，原名Trans-flash Card（TF卡），2004年正式更名为Micro SD Card，由SanDisk（闪迪）公司发明，主要用于移动电话。与miniSD卡相比，microSD卡体积更为小巧，尺寸为11mm×15mm×1.4mm，它仅有标准SD卡的四分之一左右，是目前市场上体积最小的存储卡。它也能通过SD转接卡来接驳于SD卡插槽中使用。

2.2 按照容量大小分类

SD卡按容量(Capacity)分类，可以分为标准容量卡、高容量卡，扩展容量卡。
Standard Capacity SD Memory Card (SDSC)
High Capacity SD Memory Card (SDHC)
Extended Capacity SD Memory Card (SDXC)

容量等级 容量范围 磁盘格式(文件系统/操作模式)
SDSC 上限至2GB FAT 12, 16
SDHC 2GB至 32GB FAT 32
SDXC 32GB至2TB exFAT
SDSC容量有8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB、512MB、1GB、2GB。
SDHC容量有2GB 、4GB、8GB、16GB、32GB。
SDXC容量有32GB、48GB、64GB、128GB、256GB、512GB、1TB、2TB。

2.3 按照通信接口分类

SD卡/TF卡支持SD和SPI两种通信接口，标准SD卡总共有6条信号线和3条电源线，分别支持SD和SPI两种模式，两种模式下其引脚关系如下表所示。SD卡支持1线到4线数据传输设置，上电后，SD卡默认为1线模式，即使用DAT0传输数据。初始化后，主机可以改变线宽（采用1~4线任意模式）。
SD卡(SD模式)：1-data3,2-cmd,3-vss,4-vdd,5-clk,6-vss,7-data0,8-data1,9-data2.
SD卡(SPI模式)：1-CS,2-DI(MOSI),3-VSS,4-DD,5-SCLK,6-VSS,7-DO(MISO),8-RSV,9-RSV
TF卡(SD模式）：1-data2,2-data3,3-cmd,4-vdd,5-clk,6-vss,7-data0,8-data1
TF卡(SPI模式）：1-rsv,2-cs,3-di,4-vdd,5-sclk,6-vss,7-do,8-rsv

2.4 按照支持电压不同分类

SD卡按供电范围划分，分两种：
High Voltage SD Memory Card(高电压SD卡): 操作的电压范围在2.7-3.6V；
UHS-II SD Memory Card(双电压SD卡): 操作的电压范围VDD1: 2.7-3.6V, VDD2: 1.70-1.95V

常规的SD存储卡（非UHS-II卡）具备支持3.3V VDD的第一排针脚，可用在总线接口中（如默认速度模式、高速模式和UHS-I模式）。
随着存储卡容量的增加，需要更快的总线速度以缩短存取时间。为支持UHS-II跟UHS-III更高的传输速度而设计第二排金手指，如下图所示。
因为使用第二排针脚上的低电压信号，使得UHS-II和UHS-III比UHS-I能提供更快的总线速度。而第一排针脚接口使UHS-II/UHS-III存储卡能向下兼容于传统主机设备。
在第二排针脚中包含了1.8V VDD，让UHS-II / UHS-III卡可选择两种不同的电压供应(3.3V或1.8V)。
如果卡片上标识有LV，即LVS(Low-Voltage Signaling)简写，低信号电压。说明该卡可兼容两种信号电压。

特别提醒，如果买了UHS-II存储卡，也得配套支持UHS-II的读卡器才能物尽所用，而且电脑得支持USB3.0以上。支持UHS-II的读卡器，机身有UHS-II(SD4.0)字样。UHS-II读卡器除了能读写UHS-II存储卡外，也向下兼容UHS-I存储卡。

UHS-II卡接口定义如下，注意7-8脚DAT[1:0]在这里用于提供RCLK。

3 关于存储卡UHS-I、UHS-II、UHS-III总线标准

在存储卡中，经常会提到一个SD卡总线标准UHS，是为UHS设备设计的。所述的UHS的英文全称为Ultra High Speed，适用于SDHC和SDXC。UHS目前有UHS-I、UHS-II、UHS-III这3个等级划分。
支持第一代超高速UHS-I的SD卡的理论传输速度可达104MB/s(最大读取速度)，支持UHS-II的SD卡产品理论传输速度可达312MB/s(最大读取速度)，支持UHS-III的SD卡产品理论传输速度可达624MB/s(最大读取速度)，如下表所示。

FD即为Full Duplex全双工，HD即为Half Duplex半双工。
UHS-II增加两个额外的操作模式，分别为FD156 (156 MB/s, 52Mhz, 0.4 V) 和HD312 (312 MB/s, 52 Mhz, 0.4 V)。后者HD312更高速，它是运用两个低压数据通道来实现的，每个通道提供156MB/s的速度，也就是双通道。至于UHS-II采用何种操作模式来传输，取决于卡本身支持哪种模式。支持UHS-III的卡是在UHS-II的基础上进行了扩展，引入了两个新的全双通道模式：FD312 (312 MB/s) 和FD624 (624 MB/s)。
基本上是中高端的相机才支持UHS-II标准，不少入门机型仍然不支持UHS-II标准。支持UHS-II的存储卡在录制4K及4K以上视频和高速连拍时，可以依靠更快的数据传输速度获得较佳的拍摄体验。

对总线速度的解读：
SDR(Single Date Rate), 一个周期只能采集一次数据，即一个bit，由于SD卡是4条数据线并行传输，所以一个周期能传输4bit，如果频率是50MHz（即1秒传输次数为50 000 000），那么1秒能传输的数据量为25MB。所以这就是为什么各种SDR模式里面，频率上限是速度上限的两倍(所以在UHS-I速度模式下，时钟频率最高可达208MHz)。而对于DDR(Double Data Rate)，在时钟上升沿和下降沿都可以采集数据，也就是单一周期内可读取或写入2次，因此4条并行数据线在一个周期内能传输8bit。

SD 卡操作过程会使用两种不同频率的时钟同步数据，一个是识别卡阶段时钟频率 FOD，最高为 400kHz，另外一个是数据传输模式下时钟频率 FPP，默认最高为 25MHz(对应总线速度12.5MB/s)，如果通过相关寄存器配置使 SDIO 工作在高速模式，此时数据传输模式最高频率为 50MHz(对应总线速度25MB/s)。


根据数据传输速度，SD有不同的速度等级。速度等级有两种表示方法：
SD2.0的规范：(旧的速度标准)
普通卡和高速卡的速率定义为Class2、Class4、Class6 和Class10 四个等级。对应卡上标志为：C2，C4，C6，C10，表示写入最小速度为2MB/S,4MB/S,6MB/S和10MB/S。读取速度为10-20MB/S。
SD3.01规范：(新的速度标准)
又被称为超高速卡，速率定义为UHS-I、UHS-II、UHS-III三种版本（向下兼容），每种版本的UHS标准，又使用U1和U3的单数等级标识最低写入速度，以便跟之前Class等级的双数等级进行区分，卡面上以字母U中间加数字作为标识：
U1表示该存储卡最低（持续）写入速度为10MB/秒，U3表示30MB/秒。UHS-1的速度，是写入不低于10MB/s，这个速度和class10是完全一样的。也就是说，UHS是从class10开始起步的。

存储卡上还有“V30”的标注，V速度和U速度很像，但是它代表的是视频读写速度，目前有五种视频速度等级：V6，V10，V30，V60和V90。 就像上面介绍的一样，每个数字都对应最小的持续写入速度（MB / s）。 所以，V6卡的最低持续写入速度为6MB / s，V10有10MB / s的速度等等。

存储印象：浅谈存储卡UHS-I、UHS-II、UHS-III总线标准
高速SD卡，UHS-I和UHS-II的区别，CF卡与CFast卡区别

图中标识Speed Class（如Class 10）代表存储卡应用于非UHS-1接口时，能发挥每秒10MB的写入效能。标识“I”代表UHS-I，表示此存储卡支持UHS-1接口，在支持UHS-1接口时，此存储卡可发挥U3的速度能效，也就是最低30MB/s的写入速度。

支持UHS-1的存储卡的速度等级可分U1和U3两个等级。其中，U1表示最低写入速度为10MB/s，适合日常存储文件使用；U3表示最低写入速度为30MB/s，更适合高清或超高清视频的录制和播放，如果想要拍摄4K高分辨率的视频，建议使用最低U3级别的SD卡、TF卡以满足视频速度的写入。UHS-II、UHS-III的存储卡也有相应的UHS速度等级划分。

需要用户注意的是，如果设备仅支持最高U1级别卡的写入速度，那么当将U3的卡插入时只能满足U1的速度。

4 UHS-I 卡的工作模式/类型/上电时序命令

从下面几幅图可以解答SD卡3.3V~1.8V是否变化的原因：
1.如果是常用的普通标准SD卡，那么只支持DS跟HS模式，所以只需要持续的3.3V电压就够了。
2.如果是支持UHS-1的卡，也就是SDHC跟SDXC卡，则基本上都是会切换到1.8V低压工作。




上电先上3.3V，然后当host和SD通信后，开始切换IO电平到1.8V（如果双方都支持），切换到低电平的目的是协议规定，根本原因是满足高速和低功耗。
下面介绍UHS-I初始化的命令序列流程。
上电后，卡会处于3.3V signaling模式下。第一个CMD0命令会选择bus模式：SD模式或者SPI模式。只有在SD模式下，才能进入1.8V signaling模式。一旦卡进入1.8V signal模式，卡不能切换到SPI模式或者3.3V signal模式，除非重新上电。
收到CMD0命令后，卡将进入空闲状态（Idle state），但是仍然工作在SDR12时序下。UHS-I只提供了SD模式，没有提供SPI模式。
由于更高的总线速度需要低水平的signaling，对SDR50、DDR50和SDR104模式，UHS-I提供的signaling为1.8V。host会给卡提供3.3V的电压，并且提供1.8V signaling水平的电压给SDCLK、CMD和DAT[3:0]线，这几个都是从3.3V的电源线转换过来的。为了避免主机与卡之间的电压不匹配，signaling水平在初始化时的电压转换序列中就已经被改变了。主机和卡通过ACMD41命令来确认双方是否支持1.8V signaling模式。如果主机和卡都支持1.8V signaling模式，这就意味着UHS-I卡可用。
UHS-I只能使用4-bit的bus模式，CMD42是个例外。如果卡被锁住了，就需要通过发送CMD42命令（1-bit模式）解锁，然后发送ACMD6命令将bus模式切换到4-bit。
在卡解锁的情况下，CMD19命令执行在1.8V signaling的传输状态。其他情况，CMD19都会被当做非法命令

SD Memory Card Functional Description
对SD卡与主机(host)来说，有两种操作模式：
Card identification mode: 对卡reset重置后，主机进入卡识别模式，对卡来说，在reset后，除非收到CMD3命令，否则卡一直处于该模式下。
Data transfer mode: 当卡第一次发布它的RCA后，该卡将处于数据传输模式。而对主机来说，在它识别了bus线上的所有卡后，进入该模式。

在SD卡电路中，读卡芯片的供电电路为什么要先给SD卡1.8V电压，后又供3.3V电压？目的、作用？

SD卡学习

SD规范（物理层） 4.20.pdf

5 Layout注意事项

5.1 eMMC Layout注意事项

移远模组规格书参考要求
1.模块 SDIO_VDD 需要连接到VDD_EXT 或者外部1.8 V 电源。
2.为了避免总线抖动，需要在SDIO 信号预留上拉电阻R12-R19（阻值范围为10~100 kΩ，推荐值为100 kΩ，默认不贴），并且上拉到外部1.8 V 电源。
3.为了调节信号质量，需预留SDIO 信号串联电阻R1-R10，其中电阻R10 建议贴20-35 Ω，其他默认贴0 Ω；预留电容C1~C11，默认不贴。摆件时电阻、电容需要靠近模块侧放置。
4.SDIO 信号需要立体包地，阻抗控制在50 Ω ±10%。
5.SDIO 信号需要远离敏感信号如射频、模拟信号，以及时钟、DC-DC 等噪声信号。
6.SDC1_CLK 与SDC1_DATA[0:7]/SDC1_CMD 需做等长处理（长度差小于1 mm），总长度需小于50 mm；由于模块内部走线长度为17 mm，因此外部走线长度需要小于33 mm。
7.SDIO 信号与其他信号之间的间距需大于2 倍线宽，并且确保总线负载电容小于40 pF。

5.2 SD卡连接器 Layout注意事项

移远模组规格书参考要求
1.模块 SDIO_VDD 需要连接到外部1.8/2.95 V LDO 电源。
2.为了避免总线抖动，需要在SDIO 信号预留上拉电阻R7-R11，阻值范围为10-100 kΩ，推荐值为100 kΩ，并上拉至SDIO_VDD。R7~R11 电阻默认不贴。
3.为了调节信号质量，需预留SDIO 信号串联电阻R1-R6，其中R5 建议贴20-35 Ω，其他的默认贴0 Ω；预留电容C1~C6，默认不贴。摆件时电阻、电容需要靠近模块侧放置。
4.为了确保良好的ESD 性能，建议给SD 卡座的各信号引脚增加结电容不大于2 pF 的TVS 管，且尽量靠近SD 卡座摆放。
5.SDIO 信号线需要立体包地，阻抗控制在50 Ω ±10 %。
6.SDIO 信号线需要远离敏感信号如射频、模拟信号，以及时钟、DC-DC 等噪声信号。
7.相邻的SDC1_DATA 信号线相互之间的间距，以及SDC1_CLK 与其相邻的SDC1_DATA 之间的间距，需是线宽的两倍。
8.SDC1_CLK 与SDC1_DATA[0:3]/SDC1_CMD 需做等长处理（长度差小于1 mm），总长度需小于50 mm；由于模块内部走线长度为17 mm，因此外部走线长度需要小于33 mm。
9.SDIO 信号与其他信号之间的间距需大于2 倍线宽，并且确保总线负载小于40 pF。

备注：
1。SDIO接口，可用于eMMC或者SD卡接口功能。
2。数据线都是双向通信，所以是属于半双工通信。
3。SDIO是属于数字信号，CLK频率可在0～25MHz之间变化。

6 参考链接

Micro SD卡

1015-MicroSD/SD卡接口电平3.3V/1.8V 区别，走线

SD卡的分类

EMMC组成结构 EMMC存储和SD卡存储的区别