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1. 前言
熟悉Linux kernel的人都知道，kernel使用MMC subsystem統一管理MMC、SD、SDIO等設備，為什么呢？到底什么是MMC？SD和SDIO又是什么？為什么可以用MMC統稱呢？
在分析Linux kernel的MMC subsystem之前，有必要先介紹一些概念，以便對MMC/SD/SDIO有一個大致的了解，這就是本文的目的。
2. 基本概念
MMC是MultiMediaCard的簡稱，從本質上看，它是一種用於固態非易失性存儲的內存卡（memory card）規范[1]，定義了諸如卡的形態、尺寸、容量、電氣信號、和主機之間的通信協議等方方面面的內容。
從1997年MMC規范發布至今，基於不同的考量（物理尺寸、電壓范圍、管腳數量、最大容量、數據位寬、clock頻率、安全特性、是否支持SPI mode、是否支持DDR mode、等等），進化出了MMC、SD、microSD、SDIO、eMMC等不同的規范（如下面圖片1所示）。雖然亂花迷人，其本質終究還是一樣的，絲毫未變，這就是Linux kernel將它們統稱為MMC的原因。
圖片1 MMC/SD/SDIO evolution
關於該圖片，這里強調幾點（其它的，大家可參考[1][2]，不再詳細介紹）：
MMC、SD、SDIO的技術本質是一樣的（使用相同的總線規范，等等），都是從MMC規范演化而來；
MMC強調的是多媒體存儲（MM，MultiMedia）；
SD強調的是安全和數據保護（S，Secure）；
SDIO是從SD演化出來的，強調的是接口（IO，Input/Output），不再關注另一端的具體形態（可以是WIFI設備、Bluetooth設備、GPS等等）。
3. 規范簡介
MMC分別從卡（Card Concept）、總線（Bus Concept）以及控制器（Host Controller）三個方面，定義MMC system的行為，如下面圖片2所示：
圖片2 mmc_sd_sdio_hw_block
不同崗位的工程師，可以根據自己的工作性質，重點理解某一部分的規范，下面從嵌入式軟件工程師的視角，簡單的介紹一下。
3.1 卡的規范
卡的規范主要規定卡的形狀、物理尺寸、管腳，內部block組成、寄存器等等，以eMMC為例[3]：
圖片3 Card Concept(eMMC)
1）有關形狀、尺寸的內容，這里不再介紹，感興趣的同學可參考[1]。
2）卡的內部由如下幾個block組成：
Memory core，存儲介質，一般是NAND flash、NOR flash等；
Memory core interface，管理存儲介質的接口，用於訪問（讀、寫、擦出等操作）存儲介質；
Card interface（CMD、CLK、DATA），總線接口，外界訪問卡內部存儲介質的接口，和具體的管腳相連；
Card interface controller，將總線接口上的協議轉換為Memory core interface的形式，用於訪問內部存儲介質；
Power模塊，提供reset、上電檢測等功能；
寄存器（圖片1中位於Card interface controller的左側，那些小矩形），用於提供卡的信息、參數、訪問控制等功能。
3）卡的管腳有VDD、GND、RST、CLK、CMD和DATA等，VDD和GND提供power，RST用於復位，CLK、CMD和DATA為MMC總線協議（具體可參考3.2小節）的物理通道：
CLK有一條，提供同步時鍾，可以在CLK的上升沿（或者下降沿，或者上升沿和下降沿）采集數據；
CMD有一條，用於傳輸雙向的命令。
DATA用於傳說雙向的數據，根據MMC的類型，可以有一條（1-bit）、四條（4-bit）或者八條（8-bit）。
4）以eMMC為例，規范定義了OCR, CID, CSD, EXT_CSD, RCA 以及DSR 6組寄存器，具體含義后面再介紹。
3.2 總線規范
前面我們提到過，MMC的本質是提供一套可以訪問固態非易失性存儲介質的通信協議，從產業化的角度看，這些存儲介質一般集成在一個獨立的外部模塊中（卡、WIFI模組等），通過物理總線和CPU連接。對任何有線的通信協議來說，總線規范都是非常重要的。關於MMC總線規范，簡單總結如下：
1）物理信號有CLK、CMD和DATA三類。
2）電壓范圍為1.65V和3.6V（參考上面圖片2），根據工作電壓的不同，MMC卡可以分為兩類：
High Voltage MultiMediaCard，工作電壓為2.7V~3.6V。
Dual Voltage MultiMediaCard，工作電壓有兩種，1.70V~1.95V和2.7V~3.6V，CPU可以根據需要切換。
3）數據傳輸的位寬（稱作data bus width mode）是允許動態配置的，包括1-bit (默認)模式、4-bit模式和8-bit模式。
注1：不使用的數據線，需要保持上拉狀態，這就是圖片2中的DATA中標出上拉的原因。另外，由於數據線寬度是動態可配的，這要求CPU可以動態的enable/disable數據線的那些上拉電阻。
4）MMC規范定義了CLK的頻率范圍，包括0-200MHz、0-26MHz、0-52MHz等幾種，結合數據線寬度，基本決定了MMC的訪問速度。
5）總線規范定義了一種簡單的、主從式的總線協議，MMC卡位從機（slave），CPU為主機（Host）。
6）協議規定了三種可以在總線上傳輸的信標（token）：
Command，Host通過CMD線發送給Slave的，用於啟動（或結束）一個操作（后面介紹）；
Response，Slave通過CMD線發送給Host，用於回應Host發送的Command；
Data，Host和Slave之間通過數據線傳說的數據。方向可以是Host到Slave，也可以是Slave到Host。數據線的個數可以是1、4或者8。在每一個時鍾周期，每根數據線上可以傳輸1bit或者2bits的數據。
7）一次數據傳輸過程，需要涉及所有的3個信標。一次數據傳輸的過程也稱作Bus Operation，根據場景的不同，MMC協議規定了很多類型的Bus Operation（具體可參考相應的規范）。
3.3 控制器規范
Host控制器是MMC總線規范在Host端的實現，也是Linux驅動工程師比較關注的地方，后面將會結合Linux MMC framework的有關內容，再詳細介紹。
4. 總結
本文對MMC/SD/SDIO等做了一個簡單的介紹，有了這些基本概念之后，在Linux kernel中編寫MMC驅動將不再是一個困難的事情（因為MMC是一個協議，所有有關協議的事情，都很簡單，因為協議是固定的），我們只需要如下步驟即可完成：
1）結合MMC的規范，閱讀Host MMC controller的spec，理解有關的功能和操作方法。
2）根據Linux MMC framework的框架，將MMC bus有關的操作方法通過MMC controller實現。
具體可參考后續MMC framework的分析文檔。
5. 參考文檔
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/MultiMediaCard
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Secure_Digital
[3] eMM spec（注冊后可免費下載），http://www.jedec.org/standards-documents/results/jesd84-b51
[4]http://www.wowotech.net/basic_tech/mmc_sd_sdio_intro.html