EMMC使用注意事項，從eMMC到NAND，嵌入式系統(tǒng)存儲

原創(chuàng) 作者 Forlinx 2026-02-02 10:58:00
EMMC使用注意事項
深入解析嵌入式存儲介質(zhì)的物理特性與擦寫機制，提供專業(yè)的eMMC壽命評估方法與系統(tǒng)級優(yōu)化方案， 助力構(gòu)建高可靠性的工業(yè)級數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。

EMMC基本信息

在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域的一些應(yīng)用場景中，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。應(yīng)用中頻繁讀寫數(shù)據(jù)有可能會導(dǎo)致存儲介質(zhì)出現(xiàn)不啟動、數(shù)據(jù)丟失等問題。我們從存儲介質(zhì)的物理特性、擦寫機制，飛凌提供的eMMC健康監(jiān)測工具、應(yīng)用優(yōu)化方案措施這幾方面進(jìn)行介紹。

eMMC與NAND的核心區(qū)別
嵌入式場景中常用來存儲數(shù)據(jù)的主流介質(zhì)為eMMC和NAND。eMMC和NAND的區(qū)別在于eMMC是由NAND Flash和NAND Flash控制器組成并封裝在一起?？刂破髦饕üδ埽簤膲K管理、ECC校驗、磨損均衡、數(shù)據(jù)保持和地址管理及映射等。eMMC本身的物理特性和擦寫機制會導(dǎo)致頻繁讀寫數(shù)據(jù)會出現(xiàn)eMMC壽命耗盡的情況。

物理特性限制

eMMC壽命的定義通常是基于所有存儲塊輪循擦寫一次的總次數(shù)。由于eMMC內(nèi)部自帶擦寫均衡管理，其壽命通常指所有存儲塊能夠承受的總擦寫次數(shù)。eMMC的壽命耗盡主要是由于物理特性限制的。其內(nèi)部的NAND Flash存儲單元的擦寫次數(shù)有限。

NAND Flash的擦寫次數(shù)是指閃存芯片能夠承受的將數(shù)據(jù)寫入存儲單元的次數(shù)。不同類型的NAND Flash，其擦寫次數(shù)和性能有所不同。嵌入式常用類型低存儲容量一般為SLC和MLC，高存儲容量一般是TLC。

NAND Flash類型對比

高性能型
SLC
Single-Level Cell
每個單元存儲1 bit數(shù)據(jù)
約10萬次
速度快，壽命長，價格貴
均衡型
MLC
Multi-Level Cell
每個單元存儲2 bit數(shù)據(jù)
3000-5000次
速度較快，壽命較長
經(jīng)濟型
TLC
Trinary-Level Cell
每個單元存儲3 bit數(shù)據(jù)
1000-3000次
速度較慢，壽命較短
大容量型
QLC
Quad-Level Cell
每個單元存儲4 bit數(shù)據(jù)
約1000次
容量大，壽命短，價格低
增強型
pSLC
pseudo SLC
以MLC為基礎(chǔ)，每Cell存1 bit
3-5萬次
存儲空間減半，壽命提升

eMMC擦寫機制

eMMC必須先擦寫再寫入，每個單元只能承受有限次數(shù)的擦寫。eMMC是按頁寫，按塊擦除。每次最小的寫入單元為1頁，即便是只寫入1個字節(jié)，占用空間也是一個頁。

關(guān)鍵機制：eMMC不存在復(fù)寫，每次寫入都會寫入到新塊，如果沒有空閑塊，需要將無效數(shù)據(jù)整塊擦除后才能寫入新的文件。

核心技術(shù)參數(shù)

  • P/E (Program/Erase Count)：擦寫壽命。耐用性兩個指標(biāo)之一。
  • TBW (Total Bytes Written)：總寫入量。廠商界定質(zhì)保期的數(shù)值。
  • FW (Firmware)：eMMC內(nèi)部控制器固件，出廠前已燒錄。
  • WA (Write Amplification)：寫放大。閃存寫入數(shù)據(jù)量 ÷ 主控寫入數(shù)據(jù)量。
  • GC (Garbage Collection)：垃圾回收。按頁寫入，按塊擦除。

eMMC壽命預(yù)估方法

通過以下公式計算所使用eMMC的理論最大寫入容量：

計算公式：
EMMC標(biāo)稱容量 × 90% × P/E Cycles / WA

參數(shù)說明

  • P/E Cycles：擦寫次數(shù)，根據(jù)顆粒種類選擇（MLC保守值3000次）
  • WA：寫入放大系數(shù)，可通過debug信息獲取
  • 90%：開卡后實際可用容量為標(biāo)稱容量的90%~95%
計算示例
以8GB MLC eMMC為例：
8000MB × 0.9 × 3000 / 1.5 = 14,400,000 MB
≈ 14.4 TB 總寫入量
意味著在寫放大為1.5的情況下，可承受約14.4TB的總寫入數(shù)據(jù)量。

eMMC壽命耗盡現(xiàn)象

當(dāng)eMMC的壽命耗盡時，可能會出現(xiàn)以下幾種情況：

系統(tǒng)無法啟動
eMMC上的數(shù)據(jù)無法被正確讀取，導(dǎo)致Bootloader加載失敗，系統(tǒng)無法正常啟動。
數(shù)據(jù)丟失
eMMC上的數(shù)據(jù)可能無法寫入或讀取，出現(xiàn)文件系統(tǒng)損壞或數(shù)據(jù)校驗錯誤。
設(shè)備性能下降
eMMC的讀寫速度顯著降低，垃圾回收機制頻繁觸發(fā)，響應(yīng)延遲增大。
壞塊激增
壞塊數(shù)量超出控制器管理能力，可用容量減少，寫入操作頻繁失敗。
重要提示
出現(xiàn)系統(tǒng)無法啟動、數(shù)據(jù)丟失、設(shè)備變慢 不一定是eMMC壽命耗盡導(dǎo)致的，壽命耗盡在以上現(xiàn)象基礎(chǔ)上伴隨著對數(shù)據(jù)的頻繁讀寫操作。我們要根據(jù)實際的問題來具體分析。

eMMC健康提醒工具

我們希望通過對存儲相關(guān)知識的分享，助力大家構(gòu)建完整的存儲知識體系框架；同時我們經(jīng)過開發(fā)設(shè)計出可以對eMMC健康監(jiān)測的程序，助力于客戶產(chǎn)品開發(fā)過程中提早獲取信息，并做相應(yīng)措施。

工具核心功能

  • 監(jiān)測客戶每天對eMMC的寫入量，如果評估每天寫入量過大，持續(xù)這樣使用將達(dá)不到期望使用年限，需要及時提醒用戶。
  • 監(jiān)測eMMC壽命，當(dāng)壽命用盡時及時提醒用戶。
  • 監(jiān)測eMMC壞塊，如果壞塊增加，及時提醒用戶。
詳情參考：EMMC健康監(jiān)測工具使用文檔（包含程序使用說明、告警機制與優(yōu)化建議） 點擊進(jìn)入

eMMC使用優(yōu)化措施

實際產(chǎn)品開發(fā)過程中，根據(jù)如上信息特點，為保證產(chǎn)品穩(wěn)定性我們可以在應(yīng)用設(shè)計階段通過以下優(yōu)化措施來延長eMMC使用壽命。

  1. 應(yīng)用優(yōu)化，增加緩存設(shè)計
    針對小數(shù)據(jù)量存儲，建議放在緩存中暫存，達(dá)到一定量再存儲到eMMC中?？梢栽趯懳募臅r候積累到一定字節(jié)數(shù)量的數(shù)據(jù)之后（比如積累到多個page的數(shù)據(jù)），再進(jìn)行落盤。
  2. 避免直接落盤
    建議盡量不要使用直接落盤的方式打開和寫入文件。盡量使用文件系統(tǒng)自管理落盤機制。一般情況是文件占用總內(nèi)存的30%或者時長超過300秒會觸發(fā)落盤操作。
  3. 異常斷電保護
    如果擔(dān)心設(shè)備異常斷電導(dǎo)致文件丟失，可以考慮增加超級電容，發(fā)現(xiàn)掉電信號后，及時將緩存內(nèi)數(shù)據(jù)落盤。
  4. 分離存儲介質(zhì)
    建議將頻繁寫操作轉(zhuǎn)移到外掛存儲盤，這樣可以保證系統(tǒng)文件可靠性。優(yōu)先使用硬盤，其次TF卡、U盤等外部存儲設(shè)備（注意：TF卡和U盤同樣存在壽命和連接問題）。
  5. 利用內(nèi)存文件系統(tǒng)
    建議將大量臨時數(shù)據(jù)寫到/tmp路徑（tmpfs文件系統(tǒng)的介質(zhì)是DDR存儲顆粒），并及時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移走。
  6. 硬件升級方案
    可以通過增大eMMC容量來增強產(chǎn)品的耐用性；針對對產(chǎn)品壽命要求比較長的，采用PSLC存儲的方案（會增加成本且需要特殊定制）。

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