达思数据恢复与取证：手机字库物理提取技术分析  

  手机硬盘字库闪存器件，主流的有EMMC和UFS两种。这两种闪存器件有各自的优势。目前一些高端手机上，正在大踏步的朝着UFS2.0的方向迈进，例如三星、苹果等高端机，国内的小米5在发布时，也将UFS存储作为卖点。而一些中低端手机和移动设备上，仍然在大量使用eMMC闪存器件作为存储。这两种存储器的最直观的差别就是读写速度，这是由原理上的差异造成的。  

   目前，针对eMMC的数据提取技术已经比较成熟了，因为eMMC采用并行数据读写方式，类似于SD卡，因此用SD读卡器的技术方案，就可以实现对eMMC类字库芯片的读取，国内的达思科技推出了一款多合一的可支持各类eMMC字库的读取设备，已经能较好的实现对现有主流手机eMMC字库的数据提取了。而针对UFS闪存字库的读取，目前市场上还没有成熟稳定的产品可用。因此需要针对UFS闪存芯片的接口和协议进行分析，制定合理的数据提取方案。

   eMMC字库，按照管脚，可以分为eMMC153-169系列、eMCP162-186系列、eMMC221系列，如下图：

‍图1、主流eMMC字库管脚规格

  对eMMC字库的提取，只要用到8个管脚，分别是VDD、GND、CLK、CMD、DATA0、DATA1、DATA2和DATA3.将这些管脚，与SD卡读卡器接口的对应的管脚，DATA2 接eMMC DATA2 、DATA3 接eMMC DATA3 、CMD 接eMMC CMD、VDD接eMMC VDD 和VDDF、CLK接eMMC CLK 、VSS 接eMMC 的VSS、DAT0接eMMC的DATA0、DAT1接emmc的DATA1。只要保证电气连接正确，就可以用成熟的读卡器方案，来提取eMMC字库的数据了。

  对UFS字库的提取，需要研究UFS接口。根据JESD220B协议，UFS信号如下图所示：‍

图2、UFS设备框图和信号示意图

  从图中可以看出，其主要用到的信号有：

  1、供电信号VCC、VCCQ、VCCQ2、VDDiQ、VDDiQ2、VDDi

  2、接地信号：VSS

  3、复位信号：RST_n

  4、时钟信号：REF_CLK

  5、 差分输入信号：从主机端到设备端，下行信号

  （1）DIN_t 或DIN0_t

  （2）DIN_c或DIN0_c

  （3）DIN1_t

  （4）DIN1_c

  6、差分输出信号：从设备端到主机端，上行信号

  （1）DOUT_t 或DOUT0_t

  （2）DOUT_c或DOUT0_c

  （3）DOUT1_t

  （4）DOUT1_c

  对UFS字库的读写，实际上就是对上下行的差分信号的操作，这些差分信号随不同的UFS字库芯片而不同。UFS系统的模型如下图：

图3UFS模型示意图

   从UFS模型示意图中可以看出，UFS设备的接口，采用了MIPI M-PHY和MIPI UniPro接口协议，因此要读取UFS字库，首先要能够读写这种接口，其次根据UFS协议定义的命令，发送相关命令，实现数据的传输。

   根据研究分析，要实现对UFS芯片的数据读取，可行的方法大致有3种，分别采用不同技术来实现：

  （1）方法1：采用支持UFS存储器件的手机AP来作为读取平台，例如，采用骁龙820处理器，作为主控制器，利用该AP的UFS接口，读取UFS闪存字库的数据。这种方法实际上是把手机的部分功能直接拿过来用，需要采用与手机电路设计有关的技术来实现，需要用到相关公司的开发板，如骁龙开发板或者三星有关AP的开发板等；  

  （2）方法2：采用可编程芯片，支持高速串行接口的FPGA，嵌入MIPI M-PHY和MIPI UniPro的相关IP，再设计相关的UFS传输协议层和应用层的命令与数据处理逻辑电路，实现对UFS接口的读写，此方案比较灵活，但是开发相关IP的难度大，购买第三方的IP成本较高；

  （3）方法3：利用UFS的低速检测模式，利用PWM信号模式，提取数据。根据UFS协议，UFS接口器件有低速传输模式用于器件检测和配置命令的传输。该模式的信号传输速度较低，采用常见的一些单片机如ARM7就可以处理，但是低速自检模式都是有芯片生产厂家自己定义的接口，需要从厂家拿到接口定义和指令集，才能实现PWM模式的低速读取。这种方案虽然成本低，难度小，但是高度依赖于厂商提供的内部接口，局限性比较大。

  总的来说，方法1的效果肯定是最好的，兼顾速度和效率，但是灵活性不够，如果UFS器件升级，就得跟着换AP，用支持新UFS器件的AP。方法2的难度最大，但是比较灵活，UFS升级的话，只要修改响应的逻辑设计，就可以同步升级。方法3的成本最低，但是在3种方案里，速度和效率都是最低的，而且依赖于厂商的合作，如果厂商不开放相关的接口，就没法实现了。

  手机字库的读取，无论对维修行业还是对电子取证、数据恢复等行业，都是很重要的技术。从现有的发展趋势来看，eMMC和UFS将并存一段时间，面向两个不同的市场，eMMC对中低端，UFS对高端，因此研究对这两类闪存字库的读写技术是十分必要和现实的。

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