Hai con chip nhớ nhúng nằm cạnh nhau trên cùng bo mạch. Một cái là eMMC, một cái là UFS. Với con thứ nhất, một máy hiện sóng bốn kênh cộng chức năng giải mã là đủ để tìm ra lỗi định thời. Với con thứ hai, cách tiếp cận đó gần như vô dụng. Kiểm thử eMMC và kiểm thử UFS không phải hai mức độ khó của cùng một bài toán — chúng là hai bài toán đo khác hẳn nhau, vì lớp vật lý của chúng thuộc hai họ hoàn toàn khác.
eMMC và UFS: hai lớp vật lý, hai cách đo
eMMC là bus song song, đơn cực, đồng bộ theo nguồn: một đường xung nhịp CLK, một đường lệnh CMD hai chiều, và tối đa tám đường dữ liệu DAT0 đến DAT7. Mọi tín hiệu tham chiếu về đất, biên độ ở mức logic thông thường, và tốc độ cạnh nằm trong tầm của máy hiện sóng phổ thông. Bạn có thể kẹp đầu dò vào từng đường, nhìn thấy từng bit, và đo trực tiếp thời gian thiết lập và thời gian giữ.
UFS thì khác hẳn. Nó dựng trên lớp vật lý MIPI M-PHY — các làn vi sai nối tiếp tốc độ nhiều gigabit, có mã hoá đường truyền, có cân bằng, và có các trạng thái tiết kiệm năng lượng riêng. Không còn xung nhịp chạy song song với dữ liệu để mà so; đồng hồ nằm trong chính dòng bit. Đầu dò kẹp vào một làn vi sai như vậy sẽ vừa không đủ băng thông vừa làm hỏng trở kháng đường truyền.
Hệ quả cho việc lập kế hoạch đo: với eMMC, câu hỏi là định thời; với UFS, câu hỏi là toàn vẹn tín hiệu và giao thức. Trộn hai câu hỏi này vào một quy trình là nguồn gốc của phần lớn thời gian lãng phí trên bàn thử.
Năm chế độ bus của eMMC và chỗ phép đo đổi bản chất
Tiêu chuẩn JEDEC JESD84-B51 định nghĩa năm chế độ tốc độ bus. Đọc bảng này kỹ sẽ thấy ngay chỗ phép đo thay đổi:
- Tương thích ngược với thẻ MMC cũ: một nhịp một bit, 3,3 hoặc 1,8 V, bus 1, 4 hoặc 8 bit, 0 đến 26 MHz, tối đa 26 MB/s.
- High Speed SDR: một nhịp một bit, 3,3 hoặc 1,8 V, bus 4 hoặc 8 bit, 0 đến 52 MHz, tối đa 52 MB/s.
- High Speed DDR: hai bit mỗi nhịp, 3,3 hoặc 1,8 V, bus 4 hoặc 8 bit, 0 đến 52 MHz, tối đa 104 MB/s.
- HS200: một bit mỗi nhịp, chỉ 1,8 V, bus 4 hoặc 8 bit, 0 đến 200 MHz, tối đa 200 MB/s.
- HS400: hai bit mỗi nhịp, chỉ 1,8 V, chỉ bus 8 bit, 0 đến 200 MHz, tối đa 400 MB/s.
Các con số MB/s trong bảng đều ứng với bus 8 bit. Hai mốc đáng chú ý: từ HS200 trở đi mức tín hiệu bị khoá ở 1,8 V, và HS400 không cho phép bus 4 bit.
Chỗ phép đo đổi bản chất nằm ở HS200. Ở các chế độ thấp, xung nhịp do chủ phát ra và dữ liệu đọc về đi ngược chiều với xung nhịp, nên dữ liệu tới chủ bị trễ bởi trễ khứ hồi cộng trễ đầu ra và độ trễ của cả chủ lẫn thiết bị. Vì vậy JESD84-B51 đưa vào cơ chế dò cho thao tác đọc: chủ phải có điểm lấy mẫu chỉnh được và tự tìm vị trí lấy mẫu tin cậy. Từ đây, “bo mạch chạy được” không còn đồng nghĩa với “định thời có dự phòng” — nó chỉ có nghĩa là quá trình dò đã tìm được một điểm nào đó còn dùng được hôm nay.
HS400 và tín hiệu Data Strobe: vì sao nó đổi cách bạn đo
HS400 thêm một tín hiệu thứ tư bên cạnh CLK, CMD và DAT: Data Strobe. Ba điều cần nhớ về nó:
Nó do thiết bị phát, không phải do chủ. Mạch đầu ra của con nhớ sinh ra Data Strobe khi đọc, và chủ nhận dữ liệu đã được căn theo cạnh của Data Strobe. Điều này biến đường đọc từ đồng bộ theo xung nhịp hệ thống thành đồng bộ theo nguồn đúng nghĩa — trễ khứ hồi không còn ăn vào cửa sổ định thời nữa, vì strobe đi cùng dữ liệu.
Tần số của nó bám theo CLK, và mỗi chu kỳ mang hai bit — một bit trên cạnh dương, một bit trên cạnh âm.
Nó không toggle liên tục. Data Strobe chỉ đảo trạng thái khi có dữ liệu ra và khi có đáp ứng trạng thái CRC. Riêng với đáp ứng CRC và đáp ứng lệnh — thứ hai này chỉ bật trong chế độ enhanced strobe — dữ liệu được chốt trên cạnh dương, còn cạnh âm không quan tâm.
Ba điểm trên đổi hoàn toàn cách đặt phép đo. Ở HS200, bạn đo thời gian thiết lập và giữ của dữ liệu so với CLK. Ở HS400, bạn phải đo so với Data Strobe, và chỉ trong những cửa sổ mà Data Strobe thực sự đang toggle. Một máy hiện sóng kích hoạt theo cạnh CLK sẽ bắt được rất nhiều khung hình vô nghĩa. Đây cũng là lý do việc dùng bốn kênh — CLK, CMD, một đường DAT và Data Strobe — thường cho kết quả nhanh hơn nhiều so với việc kẹp tám đường dữ liệu.
UFS: khi bus rời khỏi tầm của máy hiện sóng
UFS được JEDEC phát hành trong bộ tiêu chuẩn JESD220. Mốc đáng chú ý về tốc độ: UFS 3.0, tức JESD220D, là phiên bản đầu tiên dùng M-PHY HS-Gear4 với tốc độ tới 11,6 Gbps mỗi làn, gấp đôi các phiên bản trước; dùng hai làn thì đạt 23,2 Gbps. Các thế hệ sau còn đi xa hơn: UFS 5.0, tức JESD220H, dựa trên M-PHY phiên bản 6.0 với HS-Gear6 đạt tới 46,6 Gb/s mỗi làn mỗi chiều.
Hãy đặt các con số đó cạnh eMMC: HS400 đạt 400 MB/s trên tám đường song song ở 200 MHz. Một làn UFS ở HS-Gear4 chạy nhanh hơn cả bus tám đường ấy khoảng một bậc độ lớn, trên một cặp vi sai. Với tốc độ đó, phép đo chuyển sang họ công cụ khác: đồ gá và bo mạch tuân thủ thay cho đầu dò kẹp, giản đồ mắt và phân rã jitter thay cho thời gian thiết lập và giữ, và máy phân tích giao thức cho lớp UniPro nằm trên M-PHY.
Nói cách khác, một máy hiện sóng 2,5 GHz là công cụ đúng cho toàn bộ dải chế độ eMMC, nhưng chỉ là công cụ gỡ rối sơ bộ cho UFS — hữu ích để xem nguồn, xem trình tự khởi động, xem tín hiệu reset, chứ không dùng để phát hành kết quả hợp chuẩn lớp vật lý.
Cây quyết định trên bàn thử
- Lỗi xuất hiện ở nhịp cao nhưng biến mất ở nhịp thấp? Đây là lỗi định thời, không phải lỗi chức năng. Hạ về HS200 hoặc High Speed SDR để xác nhận, rồi tập trung vào cửa sổ lấy mẫu.
- Đang ở HS400? Đo so với Data Strobe, không so với CLK. Kích hoạt trên cạnh Data Strobe và kiểm tra rằng bạn đang bắt đúng đoạn có dữ liệu ra.
- Cần thấy nội dung lệnh và đáp ứng? Dùng chức năng kích hoạt và giải mã trên đường CMD. Bốn kênh analog cho CLK, CMD, DAT và Data Strobe thường đủ; kênh số của máy tín hiệu hỗn hợp giúp nhìn cả tám đường dữ liệu cùng lúc khi cần soi chuỗi bit.
- Nghi ngờ chất lượng cạnh chứ không phải logic? Chuyển sang kênh analog băng thông cao và kiểm tra tải của đầu dò trước khi kết luận — nguyên tắc chọn băng thông theo thời gian lên chứ không theo tần số nhịp áp dụng nguyên vẹn ở đây, và độ chính xác dọc quyết định ngưỡng logic đo được có đáng tin hay không.
- Bo mạch chỉ hỏng khi con nhớ hoạt động nặng? Rất có thể là sụt áp trên đường nguồn chứ không phải lỗi bus. Hãy kiểm tra bằng phép đo toàn vẹn nguồn trên bo mạch trước khi đào sâu vào định thời.
Chọn máy hiện sóng Keysight cho bàn thử eMMC và UFS
Mặt trước Keysight MSOX6004A hiển thị dạng sóng số và phổ tín hiệu.
Ba lựa chọn theo ba mức yêu cầu.
Khi cần nhìn đồng thời bus song song tám đường và vài tín hiệu analog — cấu hình tự nhiên cho giải mã bộ nhớ nhúng — máy hiện sóng Keysight MSOX6004A cho 4 kênh tương tự cộng 16 kênh số trong một máy, đủ để đưa cả CLK, CMD, Data Strobe lên kênh analog và toàn bộ DAT0 đến DAT7 lên kênh số.
Khi trọng tâm chuyển sang chất lượng cạnh ở HS400 và bạn cần dự phòng băng thông thay vì số kênh số, máy hiện sóng Keysight DSOS254A dòng Infiniium S cho 2,5 GHz với bộ chuyển đổi 10 bit — nền nhiễu thấp giúp phép đo thời gian thiết lập và giữ ổn định hơn khi biên độ tín hiệu chỉ 1,8 V.
Khi bàn thử phải dùng chung cho nhiều dự án và cần đường nâng cấp số kênh về sau, máy hiện sóng Keysight EXR254A cho 2,5 GHz với 16 GSa/s trên mọi kênh đồng thời và số kênh nâng cấp được từ 4 lên 8 — hữu ích khi phải theo dõi cả bus nhớ lẫn các đường nguồn trong cùng một lần bắt.
Kết luận
Kiểm thử eMMC là bài toán định thời lệnh và định thời dữ liệu trên một bus song song đo được trực tiếp; hãy xác định chế độ bus trước, rồi chọn mốc so sánh là CLK hay Data Strobe cho đúng. UFS là bài toán liên kết nối tiếp tốc độ cao, và máy hiện sóng đa dụng chỉ đóng vai trò gỡ rối chứ không phải công cụ hợp chuẩn. Nhầm hai bài toán này với nhau là cách nhanh nhất để mua sai thiết bị.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Nếu bạn cần cấu hình máy hiện sóng và bộ giải mã cho bàn thử bộ nhớ nhúng, hoặc cần hiệu chuẩn máy và đầu dò để phép đo định thời có chuỗi truy xuất chuẩn, hãy gọi 0908 173 345.
