EMMC使用注意事項(xiàng)，從eMMC到NAND，嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)
Forlinx
2026-02-02 10:58:00
EMMC基本信息
在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的一些應(yīng)用場(chǎng)景中，需要對(duì)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(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)介質(zhì)出現(xiàn)不啟動(dòng)、數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題。我們從存儲(chǔ)介質(zhì)的物理特性、擦寫機(jī)制，飛凌提供的eMMC健康監(jiān)測(cè)工具、應(yīng)用優(yōu)化方案措施這幾方面進(jìn)行介紹。
嵌入式場(chǎng)景中常用來(lái)存儲(chǔ)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(yàn)、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(jī)制會(huì)導(dǎo)致頻繁讀寫數(shù)據(jù)會(huì)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)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(chǔ)容量一般為SLC和MLC，高存儲(chǔ)容量一般是TLC。
NAND Flash類型對(duì)比
每個(gè)單元存儲(chǔ)1 bit數(shù)據(jù)
速度快，壽命長(zhǎng)，價(jià)格貴
每個(gè)單元存儲(chǔ)2 bit數(shù)據(jù)
速度較快，壽命較長(zhǎng)
每個(gè)單元存儲(chǔ)3 bit數(shù)據(jù)
速度較慢，壽命較短
每個(gè)單元存儲(chǔ)4 bit數(shù)據(jù)
容量大，壽命短，價(jià)格低
以MLC為基礎(chǔ)，每Cell存1 bit
存儲(chǔ)空間減半，壽命提升
eMMC擦寫機(jī)制
eMMC必須先擦寫再寫入，每個(gè)單元只能承受有限次數(shù)的擦寫。eMMC是按頁(yè)寫，按塊擦除。每次最小的寫入單元為1頁(yè)，即便是只寫入1個(gè)字節(jié)，占用空間也是一個(gè)頁(yè)。
核心技術(shù)參數(shù)
- P/E (Program/Erase Count)：擦寫壽命。耐用性兩個(gè)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(yè)寫入，按塊擦除。
eMMC壽命預(yù)估方法
通過(guò)以下公式計(jì)算所使用eMMC的理論最大寫入容量：
EMMC標(biāo)稱容量 × 90% × P/E Cycles / WA
參數(shù)說(shuō)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(guò)debug信息獲取
- 90%：開(kāi)卡后實(shí)際可用容量為標(biāo)稱容量的90%~95%
8000MB × 0.9 × 3000 / 1.5 = 14,400,000 MB
≈ 14.4 TB 總寫入量
eMMC壽命耗盡現(xiàn)象
當(dāng)eMMC的壽命耗盡時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況：
eMMC健康提醒工具
我們希望通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)相關(guān)知識(shí)的分享，助力大家構(gòu)建完整的存儲(chǔ)知識(shí)體系框架；同時(shí)我們經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出可以對(duì)eMMC健康監(jiān)測(cè)的程序，助力于客戶產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中提早獲取信息，并做相應(yīng)措施。
工具核心功能
- 監(jiān)測(cè)客戶每天對(duì)eMMC的寫入量，如果評(píng)估每天寫入量過(guò)大，持續(xù)這樣使用將達(dá)不到期望使用年限，需要及時(shí)提醒用戶。
- 監(jiān)測(cè)eMMC壽命，當(dāng)壽命用盡時(shí)及時(shí)提醒用戶。
- 監(jiān)測(cè)eMMC壞塊，如果壞塊增加，及時(shí)提醒用戶。
eMMC使用優(yōu)化措施
實(shí)際產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，根據(jù)如上信息特點(diǎn)，為保證產(chǎn)品穩(wěn)定性我們可以在應(yīng)用設(shè)計(jì)階段通過(guò)以下優(yōu)化措施來(lái)延長(zhǎng)eMMC使用壽命。
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應(yīng)用優(yōu)化，增加緩存設(shè)計(jì)
針對(duì)小數(shù)據(jù)量存儲(chǔ)，建議放在緩存中暫存，達(dá)到一定量再存儲(chǔ)到eMMC中?？梢栽趯懳募臅r(shí)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(gè)page的數(shù)據(jù)），再進(jìn)行落盤。 -
避免直接落盤
建議盡量不要使用直接落盤的方式打開(kāi)和寫入文件。盡量使用文件系統(tǒng)自管理落盤機(jī)制。一般情況是文件占用總內(nèi)存的30%或者時(shí)長(zhǎng)超過(guò)300秒會(huì)觸發(fā)落盤操作。 -
異常斷電保護(hù)
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(jí)電容，發(fā)現(xiàn)掉電信號(hào)后，及時(shí)將緩存內(nèi)數(shù)據(jù)落盤。 -
分離存儲(chǔ)介質(zhì)
建議將頻繁寫操作轉(zhuǎn)移到外掛存儲(chǔ)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(chǔ)設(shè)備（注意：TF卡和U盤同樣存在壽命和連接問(wèn)題）。 -
利用內(nèi)存文件系統(tǒng)
建議將大量臨時(shí)數(shù)據(jù)寫到/tmp路徑（tmpfs文件系統(tǒng)的介質(zhì)是DDR存儲(chǔ)顆粒），并及時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移走。 -
硬件升級(jí)方案
可以通過(guò)增大eMMC容量來(lái)增強(qiáng)產(chǎn)品的耐用性；針對(duì)對(duì)產(chǎn)品壽命要求比較長(zhǎng)的，采用PSLC存儲(chǔ)的方案（會(huì)增加成本且需要特殊定制）。
獲取技術(shù)支持與專屬方案
華北區(qū)負(fù)責(zé)人
華東區(qū)負(fù)責(zé)人
華南區(qū)負(fù)責(zé)人
中西區(qū)負(fù)責(zé)人
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