基于AMBA总线协议的eMMC主机控制器的设计与实现

摘要

随着万物互联时代的来临，物联网芯片的研发逐渐变得火热。嵌入式多媒体卡eMMC(Embedded Multi-Media Card)凭借容量大、体积小、速度快、使用简便、安全性高、功耗低、成本低等优异特性成为物联网芯片存储方案的最佳选择，相应的eMMC主机控制器的设计应用也成为行业内关注的焦点。目前国内的eMMC主机控制器设计方案还比较落后，为了打破国外的技术封锁，有必要自主研制eMMC主机控制器芯片。　　本文根据实际应用需求，基于AMBA2.0总线协议、eMMC4.5协议规范设计了一款集成于物联网SOC芯片中的eMMC主机控制器，用来实现SOC芯片和eMMC卡设备之间的通信。　　本文的主要工作内容和成果包括：　　(1)本文使用模块化设计思想，对eMMC主机控制器各个模块实施了周密的设计。eMMC主机控制器主要包括总线接口模块(BIU)、卡接口模块(CIU)、内部DMA控制器(IDMAC)的设计。其中总线接口模块(BIU)设计包括从机接口模块、寄存器模块、中断控制模块、FIFO控制模块、电源/上拉控制和卡检测单元模块等。卡接口模块(CIU)设计包括命令路径模块、数据传输模块、时钟控制模块、主机控制器到卡设备的选择器和多路分配器模块等。　　(2)该设计的部分硬件参数可配置，可灵活应用于不同需求的SOC系统当中，增加了该IP应用的灵活性和兼容性。　　(3)该控制器内部集成有一个DMA控制器，传输大量数据时可以减少主机CPU的干预，提高系统效率。　　最后完成了对eMMC主机控制器的各个模块的集成，在centos6系统中搭建了相应的验证环境，该控制器通过了全面严格的系统级功能仿真验证，确保了设计的功能正确性和可行性，最终达到最初的设计目标。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文结构安排

第2章 eMMC 协议介绍

2.1 eMMC 系统概况

2.2 eMMC 总线协议

2.2.1 命令字符

2.2.2 响应字符

2.2.3 数据包

2.3 eMMC 总线速度模式

2.4 eMMC 卡设备寄存器

2.5 eMMC 功能说明

2.5.1 引导工作模式

2.5.2 设备识别模式

2.5.3 数据传输模式

2.5.4 中断模式

2.5.5 非活动模式

2.6 本章总结

第3章 AMBA 总线简介

3.1 AHB 总线

3.1.1 总线接口

3.1.2 传输时序

3.2 APB 总线

3.2.1 总线接口

3.2.2 传输时序

3.3 本章总结

第4章 eMMC 主机控制器硬件架构设计

4.1 eMMC 主机控制器的整体架构

4.2 eMMC 主机控制器功能特性描述

4.3 总线接口模块（BIU）

4.3.1 从机接口模块

4.3.2 寄存器模块

4.3.3 中断控制模块

4.3.4 FIFO 控制模块

4.3.5 电源/上拉控制和卡检测单元

4.4 卡接口模块（CIU）

4.4.1 命令路径模块

4.4.2 数据传输模块

4.4.3 时钟控制模块

4.4.4 主机控制器到卡设备的选择器和多路分配器模块

4.4.5 CRC 生成和校验模块

4.5 内部 DMA 控制器（IDMAC）设计

4.6 本章总结

第5章 eMMC 主机控制器系统验证与分析

5.1 仿真环境

5.2 时钟分频验证

5.3 命令响应验证

5.3.1 无响应命令的验证

5.3.2 48 位响应命令验证

5.3.3 136 位响应命令验证

5.3.4 忙状态响应命令验证

5.4 数据传输验证

5.5 DMA 传输验证

5.6 卡设备识别模式验证

5.7 代码覆盖率

5.8 本章总结

总结与展望

参考文献

致谢