eMMC 存储系统由主机、外部接口和 eMMC 设备三大部分组成 [36] ，如图 2-1 所示。
其中，本设计采用FPGA作为主机对eMMC设备进行访问控制；外部接口为标准的MMC
封装接口；eMMC 设备内部集成了 NAND Flash 控制器和 NAND Flash 存储阵列，其中
NAND Flash 控制器代替了外部控制器对 MLC 和 TLC 进行管理，同时还具备 ECC 除错
机制、擦写均衡、坏块管理、指令管理、低功耗管理等功能 [37]
在 eMMC5.1 协议中，仅对外部接口模块和内部控制器的功能和时序作了统一的规
定，但对于内部的存储阵列以及外部的控制器则没有什么限制，既方便了用户的使用，
又不影响厂商根据自身技术改进内部存储阵列工艺 [38] 。
eMMC 外部接口仅有十一根数据总线，包括一根时钟线，一根命令线，八根数据线
和一根数据选通线，其定义如下：
CLK：时钟信号线，由 FPGA 提供，用于 FPGA 控制模块与 eMMC 设备之间的通
信或者数据传输。对于命令线，每个时钟周期进行一位命令或应答的传输；而对于所有
数据线，每个时钟周期可对应 1bit 数据（SDR 模式下）或 2bit 数据（DDR 模式下）传
输，在 DDR 模式下每个时钟周期的上升沿和下降沿均传输 1bit 数据。
CMD：双向命令线，用于向 eMMC 发送命令或者接收响应。CMD 信号有两种操作
模式：用于初始化模式的开漏和用于快速命令传输的推拉。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。
DAT0-DAT7：双向数据信号线。数据信号在推挽模式下工作。默认情况下，通电或
复位后，只有 DAT0 用于数据传输。eMMC 主机控制器可以使用 DAT0-DAT3 或 DAT0-
DAT7 为数据传输配置更宽的数据总线。eMMC 设备包括数据线 DAT1-DAT7 的内部上
拉。在进入 4 位模式后，设备立即断开线路 DAT1、DAT2 和 DAT3 的内部上拉。相应
地，在进入 8 位模式后，设备立即断开线路 DAT1–DAT7 的内部上拉。从而实现 4bit 或
8bit 总线数据传输。
Data Strobe: 数据锁存线，该信号由 eMMC 设备产生，用于 HS400 模式下的输出。
这个信号的频率跟在 CLK 的频率之后。对于数据输出，此信号的每个周期指示数据上
的两位传输（2x）——一位用于正边缘，另一位用于负边缘。对于 CRC 状态响应输出
和 CMD 响应输出（仅应用于 HS400 增强选通模式），CRC 状态和 CMD 响应仅锁定在
正边缘，而不锁定在负边缘
AMBA 总线规范灵活性非常高，与处理器的设计无关。同时也不受制造工艺的影
响。AMBA 可以将多种不同的外设与系统连接起来。实现了系统的相互通信，提高了
各部件的重用性。同时，AMBA 总线开放性高，第三方公司或研究机构经 ARM 公司
授权后即可免费获得。其以上特点受到了人们的大力追捧，尤其 ARM 公司的合作伙
伴，更是将 AMBA 总线作为基于 ARM 处理器的 SoC 设计中标准的互联结构。