手机存储必须要了解的UFS基础知识

在手机中有三大件组成：CPU、内存DDR、存储设备(EMMC/UFS等），内存用以临时存储程序运行时所需的数据（掉电数据丢失），而存储设备用以长久保存数据（掉电数据不丢失）。

在手机上，从SD卡到EMMC、再到UFS卡，存储卡的速度是越来越快，现在一般手机的配置是EMMC，而旗舰手机的配置是UFS，很明显UFS将会是未来一段时间的手机存储的主流，快是唯一的原因。

所谓的UFS即Universal Flash storage，通用闪存存储，这一概念通常代表2个意思：

（1）手机存储接口协议，类似于SATA，PCIE/NVME等概念；

（2）使用该协议的存储设备；

UFS相比较EMMC的速度很快，其最重要的就是它的信号是差分传输，这个是信号传输UFS数据传输快的基础。所有的高速传输线，比如SATA、PCie、SAS，都是串行差分信号。

串行信号可以使用更快的时钟（时钟信息可以嵌在数据流中），差分信号，即用两根信号线上的电平差0或者1。

与单端信号传输相比，差分信号的抗干扰能力更强，能提供更宽的带宽。其次，UFS和PCIE一样，支持多通道数据传输，目前最多支持两个通道，多通道可以让UFS在成本、功耗和性能之间做取舍。

UFS支持命令队列，就是主机一下可以发很多个命令下去，然后UFS设备支持并行和乱序执行，谁先完成谁先返回状态。这种命令处理方式叫做异步命令处理。而它的前辈eMMC，是不支持命令队列的，命令一个一个执行，或者一包一包（每个包里面含有若干个命令）执行，前面命令没有执行完成，后面的命令是不能发下去的。这种命令处理方式叫做同步命令处理。

我们来比较一下“全双工+异步命令处理”和“半双工+同步命令处理”两者命令处理方式和命令执行效率。

半双工+同步

主机发了一个写命令W1给设备，然后主机把数据写到设备；由于是同步传输模式，命令处理是一个一个处理的，所以在发读命令R2之前，必须等前一个写命令W1完成；同样，在发送写命令W3之前，必须等R2命令完成。

全双工+异步

由于支持命令队列，主机一下可以发若干个命令给设备，如上图，主机一下发了一个写命令W1和读命令R2给设备。设备可以并行处理这两个命令，由于协议支持全双工操作，主机传输写命令W1的数据给设备的同时。

设备也可以把读命令R2的数据返回给主机。后面命令R3，R4，W5…的处理方式类似。

再形象一点，我们以搬运货物的例子来比较一下eMMC和UFS命令执行方式：

现在的手机，应用非常丰富，你要一边斗地主，一边听歌，还要聊微信，多线程操作。由于全双工和命令队列的存在，UFS处理命令的效率大大提高，给用户极好的体验。

前面我们拿UFS和eMMC做了几个对比，但我好像忘了说什么是eMMC。有人可能懵逼，什么是eMMC？

eMMC，Embedded Multi Media Card，和UFS一样，也是JEDEC制定的移动存储协议，它是UFS前一代协议标准。

eMMC最新标准是2015年发布的eMMC5.1，最高速度是400MB/s。JEDEC已经有了UFS，不确定会不会再发布新的eMMC标准。毕竟，并行传输的eMMC由于受限于物理信号，速度想要有个质的飞跃是不太现实。




审核编辑：刘清