eMMC全稱為 embedded Multi Media Card，主要用于非易失性存儲(chǔ)，它彌補(bǔ)了 FPGA 芯片自身存儲(chǔ)能力的不足，為 FPGA 提供一個(gè)高集成度、大容量、低成本、且易于使用的“硬盤(pán)”或“固態(tài)硬盤(pán)”解決方案。

Part 01

eMMC簡(jiǎn)介

eMMC 在 FPGA 系統(tǒng)中的作用可以概括為：

系統(tǒng)啟動(dòng)：可存儲(chǔ)OS鏡像

大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：記錄采集數(shù)據(jù)、視頻、日志

運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序

eMMC并非一個(gè)單純的存儲(chǔ)芯片，內(nèi)部主要可以分為 Flash Memory、Flash Controller 以及Interface 三大部分：

Flash Memory：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

Flash Controller：負(fù)責(zé)管理NAND Flash的讀寫(xiě)、擦除、壞塊管理、磨損均衡、錯(cuò)誤校正等復(fù)雜操作。

Interface：提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的主機(jī)接口，讓主處理器可以像訪問(wèn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備一樣輕松訪問(wèn)存儲(chǔ)。

Part 02 易靈思eMMC IP

易靈思為用戶提供了eMMC Host Controller IP (基于eMMC5.1協(xié)議)和配套的Linux驅(qū)動(dòng)。為了方便用戶在系統(tǒng)中使用eMMC，易靈思還提供了eMMC Demo工程（基于TJ375N529 / TJ375N1156X開(kāi)發(fā)板），實(shí)現(xiàn)了將Linux系統(tǒng)寫(xiě)入eMMC并從eMMC中加載Linux系統(tǒng)的功能。

eMMC5.1協(xié)議中定義的速率模式如下表所示，易靈思eMMC Host Controller IP V1.0最高實(shí)現(xiàn)HS400模式。

Part 03 eMMC Demo

3.1 寫(xiě)入Linux系統(tǒng)

在將Linux系統(tǒng)寫(xiě)入eMMC之前，需要進(jìn)行以下操作：① 用以太網(wǎng)口從服務(wù)器下載Linux系統(tǒng)文件。② 使用工具對(duì)eMMC進(jìn)行分區(qū)。為了方便上述操作，RISC-V需要先從SD卡啟動(dòng)系統(tǒng)。

將Linux系統(tǒng)寫(xiě)入eMMC的具體流程如下圖所示：

通過(guò)Balena Etcher工具將sdcard.img（包括Linux kernel、device tree、file system）燒寫(xiě)進(jìn)SD卡。

用Efinity Programmer擦除SPI flash，并將emmc_linux.hex（包含F(xiàn)PGA bitstream、OpenSBI、U-Boot）文件燒寫(xiě)進(jìn)flash，其中FPGA bitstream包含bootloader（FSBL）文件。

重新上電加載程序后，運(yùn)行bootloader讀取flash里面的OpenSBI和U-Boot文件，輸入run sd_bootcmd命令引導(dǎo)U-Boot讀取SD卡內(nèi)的Linux kernel和device tree并將其寫(xiě)入到DDR內(nèi)存里，然后RISC-V會(huì)依次加載Linux kernel和device tree，加載成功后，再讀取SD卡內(nèi)的file system并掛載在Linux系統(tǒng)內(nèi)。

通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的以太網(wǎng)口連接至服務(wù)器，下載服務(wù)器里的uImage(Linux kernel image)、linux.dtb(device tree blob)、rootfs.tar(tarball of the root filesystem)文件并寫(xiě)入到SD卡里。

通過(guò)emmc_programmer腳本把uImage、linux.dtb、rootfs.tar從SD卡讀出并寫(xiě)入eMMC里。

3.2 加載Linux系統(tǒng)

從eMMC中加載Linux系統(tǒng)的流程如下圖所示：

開(kāi)發(fā)板上電加載程序后，運(yùn)行bootloader讀取flash里面的OpenSBI和U-Boot文件。

引導(dǎo)U-Boot讀取eMMC卡內(nèi)的Linux kernel和device tree。

將讀出的Linux kernel和device tree寫(xiě)入到DDR內(nèi)存里。

RISC-V依次加載DDR內(nèi)存里的Linux kernel和device tree，加載成功后，再讀取eMMC卡內(nèi)的file system并掛載在Linux系統(tǒng)內(nèi)。

如下圖所示，Linux系統(tǒng)加載完成后，進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，執(zhí)行l(wèi)sblk命令，顯示根系統(tǒng)是掛載在eMMC第二分區(qū)上。

在FPGA上成功加載Linux系統(tǒng)后，將獲得一個(gè)功能完整的嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境，能夠運(yùn)行多種應(yīng)用程序并利用豐富的工具鏈進(jìn)行開(kāi)發(fā)，支持從基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)到高性能計(jì)算的廣泛需求。

Part 04 總結(jié)

易靈思提供了基于eMMC的Linux系統(tǒng)加載方案，完善了易靈思RISC-V生態(tài)系統(tǒng)，更加便于用戶在RISC-V上使用Linux系統(tǒng)。同時(shí)eMMC作為L(zhǎng)inux系統(tǒng)加載介質(zhì)，兼具?高可靠性、易用性及性能優(yōu)勢(shì)?，其集成化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口與RISC-V架構(gòu)協(xié)同，支撐了Linux系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行? ?。

易靈思公司介紹

易靈思是一家國(guó)產(chǎn)FPGA公司，總部位于深圳前海。公司憑借自主可控的Quantum硬件架構(gòu)，采用邏輯和路由可以互換的XLR結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與軟件算法，使得FPGA產(chǎn)品具備低功耗、小體積、高密度、高性能等優(yōu)勢(shì)。已量產(chǎn)的40nm Trion系列及16nm鈦金系列 FPGA產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)、顯示、工業(yè)控制、醫(yī)療、汽車、AI和通信等終端領(lǐng)域。

重要產(chǎn)品

鈦金系列FPGA具有增強(qiáng)的Quantum架構(gòu)，16nm工藝，35K 至 1,000K 邏輯單元，超高性能 300-500MHz，封裝最小可至3.5mm*3.4mm@60K LE，功耗低至競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的1/4，硬核資源豐富，最新產(chǎn)品TJ375現(xiàn)已量產(chǎn)。