MEMORY系列之“UFS接口电气特性”

上一篇文章对UFS进行了简单的介绍，本篇就基于UFS接口的电气特性进行介绍，主要介绍电源、复位、时钟几部分。

1、UFS电源

1.1、电源要求

UFS的电源包括三种VCC 1.8/3.3V、VCCQ 1.2V、VCCQ2 1.8V，其要求如下表所示：

由于VCC可以有两种电压值，因此有下表所示的组合：

针对eUFS，其外接电容有如下要求：

1.2、上下电时序要求

上电期间的时序要求如下：

下电期间的时序要求如下：

不按时序下电，可能会导致存储的数据损坏，因此必须避免不受控的掉电。

1.3、电源模式

为了减少电源功耗，UFS设备至少需要支持四种基本的电源模式：work、await、sleep、turn off，但是由于实际应用场景比较多，为了支持各种各样的应用场景，UFS可以支持16种功耗配置，上电后定义了7种电源模式：Active, Idle, Pre-Active, UFS-Sleep, Pre-Sleep, UFS-PowerDown, Pre-PowerDown.

1.3.1、Active Power Mode

UFS设备在响应任何命令或者执行后台操作的时候就工作在这种模式下。当信号处于低速模式（PWM信号模式）时M-PHY接口处于SLEEP或者PWM-BURST，当信号处于高速模式（HS-BURST）时M-PHY接口处于STALL或者HS-BURST（详细可参看《MIPI系列之“M-PHY”》）。

该模式下的最大功耗由bActiveICCLevel属性确定，有16种不同的功耗级别（从00h~0Fh），最大电流消耗与三个电源的的Power Parameters Descriptor配置有关。

wActiveICCLevelsVCC[15:0] parameter for VCC,
wActiveICCLevelsVCCQ[15:0] parameter for VCCQ,
wActiveICCLevelsVCCQ2[15:0] parameter for VCCQ2.

其中配置为level 0时功耗最小，level 15功耗最大。

1.3.2、Idle Power Mode

设备不执行任何操作时就进入到该模式，此时M-PHY接口可以处于STALL、SLEEP或者HIBERN8状态。一旦收到任何命令，设备立刻退出Idle模式，进入Active模式。Idle模式只能和Active之间进行切换。

1.3.3、Pre-Active Power Mode

该模式是Active的过渡模式，功耗不超过Active模式。设备将保持该模式，直到完成所有命令的准备工作。该模式可以从Pre-Sleep、Sleep、Pre-PowerDown或者PowerDown模式进入，但只能退出到Active模式。

在该模式下，LU的sense key设置为NOT READY，附加的sense code设置为LOGICAL UNIT IS IN PROCESS OF BECOMING READY，只能执行START STOP UNIT和REQUEST SENSE命令，其他命令都以CHECK CONDITION终止。REQUEST SENSE命令以GOOD结束，提供可轮询的sense data，sense key设置为NO SENSE，附加的sense code设置为LOGICAL UNIT TRANSITIONING TO ANOTHER POWER CONDITION。

1.3.4、UFS-Sleep Power Mode

为了降低设备功耗，Sleep模式下VCC（给memory array供电的电源）关闭，如果想切换到Active或PowerDown模式首先要给VCC上电，然后才能发命令作切换。

该模式下设备的状态和Pre-Active一样，只是LU的sense code设置值不一样。

1.3.5、Pre-Sleep Power Mode

该模式是UFS-Sleep的过渡模式，功耗不超过Active模式，从Active模式进入。一旦未完成的操作和管理事件完成了就会自动进入Sleep模式。如果SSU（START STOP UNIT）命令设置POWER CONDITION = 1h，则设备将会从Pre-Sleep进入Pre-Active模式。

该模式下设备的状态和Pre-Active一样，只是LU的sense code设置值不一样。

1.3.6、UFS-PowerDown Power Mode

最省电的一种模式，所有电源均断电，所有buffer，cache中的数据都会丢掉。该模式只能从Pre-PowerDown模式进入。

该模式下设备的状态和Pre-Active一样，只是LU的sense code设置值不一样。

1.3.7、Pre-PowerDown Power Mode

该模式是UFS-PowerDown的过渡模式，功耗不超过Active模式，从Active或者Sleep模式进入。一旦未完成的操作和管理事件完成了就会自动进入PowerDown模式。如果START STOP UNIT命令设置POWER CONDITION = 1h，则设备将会进入Pre-Active模式。

该模式下设备的状态和Pre-Active一样，只是LU的sense code设置值不一样。

1.3.8、Power Mode状态机

上图所示的状态机跳转流程如下：

当VCC上电完成，或者Hardware Reset、EndPoint Reset、Host UniPro Warm Reset完成都会使设备进入Powered On Mode；
设备上电初始化完成后就进入Active Mode，在Active模式下没有任何操作则进入Idle Mode；
设备在Idle模式下，接收到任何命令就会退出Idle模式，进入Active模式；
设备在Active模式下，初始化完成时，如果bInitPowerMode parameter设置为00h，或者收到SSU（START STOP UNIT）命令设置PC域（POWER CONDITION field）为2h，设备就进入Pre-Sleep模式；
设备在Active模式下或者UFS-Sleep模式下，如果收到SSU（START STOP UNIT）命令设置PC域（POWER CONDITION field）为3h，设备就进入Pre-PowerDown模式；
设备在Pre-Sleep模式下或者在UFS-Sleep模式下或者在Pre-PowerDown模式下或者在UFS-PowerDown模式下，如果收到SSU（START STOP UNIT）命令设置PC域（POWER CONDITION field）为1h（Pre-Sleep模式和Pre-PowerDown模式下要求IMMED位置“1”），设备就进入Pre-Active模式。

2、复位

UFS设备有5种复位方式，不同的复位方式实现的方式、产生的效果和作用不尽相同。分别如下：

Power-on Reset；
Hardware Reset；
EndPoint Reset；
Logical Unit Reset；
Host UniPro Warm Reset。

下面针对每一种复位进行详细介绍。

2.1、Power-on Reset

上电复位（Power-on Reset）。VCCQ, VCCQ2 and VCC掉电后再上电就可以触发上电复位，但需要设备有上电检测电路来保证系统上电后设备进入确定的状态。

2.2、Hardware Reset

硬件复位（Hardware Reset）。UFS设备有专用的硬件复位信号，复位信号为低电平有效，电平持续时间应该大于等于1us，当复位信号宽度小于100ns时无法检测到。

复位信号的电气特性要求如下表所示：

2.3、EndPoint Reset

端点复位（EndPoint Reset）。EndPoint Reset是在MIPI UniPro规范中定义的。通过从主机应用程序客户端到主机UniPro的函数调用实现，将DME_SAP:DME_ENDPOINTRESET.req=1。

设备管理器通过DME_SAP从设备UniPro接收EndPointReset函数调用，并执行EndPointReset函数。

UFS设备在接收到EndPointReset:UFS标志（重置UFS标志上电源除外）、UFS属性（重置UFS属性上电源除外）和UniPro属性被重置为其默认值并启动UniPro链接时，应完全重置自身。除了UFS上电复位标志和上电复位属性之外，UFS设备将其他标志和属性都恢复到默认值，并启动UniPro链接。UFS主机应该忽略从UFS设备接收到的EndPoint Reset指令。