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SylixOS基于Nuc970平台的SD驱动移植
1. 适用范围
本文档为实现Nuc970平台的SD驱动总结，提供一些SylixOS SD驱动移植方法的参考。
2. 原理概述
2.1 控制器类型
SD控制器有两种类型，分为SD标准控制器(SDHCI)和SD非标准控制器。
SylixOS Base代码中实现了SDHCI的驱动，但Nuc970的SD控制器是非标准控制器，其功能都需要在BSP中单独实现。
2.2 命令、应答、数据
SD传输过程中会有命令、应答和数据三个概念存在。
命令和应答都是在CMD线上传输的，数据在DAT线上进行传输。
2.2.1 命令
命令有四种类型：
广播无应答命令（bc） 此命令SD总线上的各个设备都会接收到。
广播有应答命令（bcr） 此命令当SD总线上各个设备的CMD线都是独立时，都会接收到，并且各自独立的在CMD线上产生应答。
点对点无数据命令（ac） 此命令不会在DAT线上产生数据。
点对点有数据命令（adtc） 此命令会在DAT线上产生数据。
有的命令是可以带参数的，在SD标准协议中定义了如图 2-1所示的命令，标准协议对每条命令是否可以带参数、所带参数的格式、应答类型以及功能都进行了详细地定义。
图 2-1 SD标准协议中定义的CMD
2.2.2 应答
应答有五种类型：
（1）R1和R1b
R1和R1b是最常见的应答类型，如图 2-2所示。R1b较R1不同之处为应答产生后R1b会在DAT线上产生busy标志。
图 2-2 R1和R1b应答
（2）R2
R2应答如图 2-3所示，用于读取SD卡中的CID和CSD寄存器，CID和CSD寄存器记录了SD卡的相关信息。
图 2-3 R2应答
（3）R3
R3应答如图 2-4所示，用于读取SD卡中的OCR寄存器，OCR寄存器记录了SD卡电压支持情况。
图 2-4 R3应答
（4）R6
R6应答如图 2-5所示，用于获取SD卡中的RCA，RCA寄存器用于存储SD卡识别后被设置的16bits卡地址。
图 2-5 R6应答
（5）R7
R7应答如图 2-6所示，用于获取SD卡接口状态，比如电压是否处于可兼容状态。
图 2-6 R7应答
2.2.3 数据
SD的数据传输分为单块传输和多块传输两种。
单块读取的流程如图 2-7所示。
图 2-7单块读取流程
多块读取的流程如图 2-8所示。
图 2-8多块读取流程
2.3 SD卡识别流程
SD卡在被插入SD卡槽后，系统会发送一系列的命令对SD卡进行初始化、获取电压支持等操作。当SD卡被成功识别后，系统会根据SD卡的CID和CSD读取出如所示的SD卡信息，如图 2-9所示。
图 2-9 SD卡信息
SD卡基本识别流程如图 2-10所示，识别之后的SD卡会在/dev/blk下创建设备节点sdcard-0。
图 2-10 SD卡识别流程
2.4 文件系统挂载
SD识别之后，系统会读取SD卡中的首扇区，其中定义了根目录入口簇号、FAT表占用扇区数、文件系统信息扇区号等信息，SD协议栈会根据这些信息读取到目录节点、文件节点等信息，并完成文件系统的挂载。
3. 技术实现
3.1 驱动框架
3.1.1 SD总线适配器创建
SD驱动需要首先创建SD总线适配器，如程序清单 3-1所示，创建适配器时需要注册总线的操作集。
程序清单 3-1 SD总线适配器创建
_G_sdfunc.SDFUNC_pfuncMasterXfer = __sdTransfer;
_G_sdfunc.SDFUNC_pfuncMasterCtl = __sdIoCtl;
iRet = API_SdAdapterCreate(__SDHOST_NAME,&_G_sdfunc);
if (iRet != ERROR_NONE) {
printk("__err2\n");
goto __err2;
}3.1.2 热插拔检测
Nuc970的SD控制器在拔插卡之后会产生中断，所以直接在中断中判断SD卡的状态，并通知系统创建SD存储设备节点或移除SD存储设备节点。
3.1.3 SD中断处理
SD中断处理逻辑如图 3-1所示，中断处理主要包括了以下几点内容：
传输CRC校验出错
应答超时出错
DMA传输结束置位
热插拔状态检测
图 3-1 SD中断处理流程
3.2 通信流程
通信流程如图 3-2所示。命令是否发送完成和应答是否产生，Nuc970都只提供了可轮询检查的状态位CO和RI；当有数据进行发送时，同时需要对DO位进行置位；当有数据需要读取时，同时需要对DI位进行置位。读写操作由DMA完成，DMA传输结束后会产生中断。
图 3-2通信流程
3.3 代码实现
Nuc970的SD驱动以内核模块的形式提供，整体的代码结构如图 3-3所示。
图 3-3 SD驱动文件结构
3.3.1 发送命令
发送命令的基本代码实现如程序清单 3-2所示。
程序清单 3-2发送命令__mciSendCmd
INT __mciSendCmd (PSDIO_DAT psdio)
{
……
__SD_FUNCTION_ENABLE();
uiRegCtl = readl(REG_SDH_CTL)&
(~((BIT_CTL_CMD_CODE_MASK)|
(BIT_CTL_EN_MASK)));
if (psdio->SDIO_bData) {
/*
* 有数据发送
*/
……
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_XFERFINISH_RSPFIN;
} else if(SD_CMD_TEST_RSP((psdio->SDIO_psdcmd), SD_RSP_PRESENT)) {
/*
* 只有应答，没有数据发送
*/
……
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_RSPFIN;
} else {
/*
* 只发送命令
*/
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_CMDSENT;
}
writel(psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiArg, REG_SDH_CMD); /* 将参数填入命令寄存器 */
uiRegCtl |= (psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiOpcode << 8) | /* 将Opcode填入寄存器 */
(BIT_CTL_CO_EN);
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_CMD_OUT; /* 添加发送命令事件 */
writel(uiRegCtl, REG_SDH_CTL);
__mciWakeupQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 通知事件处理线程 */
return(ERROR_NONE);
} 发送命令之后会唤醒等待事件线程，如程序清单 3-3所示，在此线程中会轮询相关状态位，判断发送和应答状态。
程序清单 3-3事件处理线程
#define __WAIT_COMPLETE(ulMsk, x) while (1) { if (!(readl(REG_SDH_CTL) & ulMsk)) { x = 1; break; } }
static PVOID __mciSdioThread (PVOID pvArg)
{
……
for (;;) {
__mciIoWaitQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 等待事件处理消息 */
……
if (ucEvent & SD_EVENT_CMD_OUT) {
__WAIT_COMPLETE(BIT_CTL_CO_EN, ucCompleted); /* 等待命令发送完成 */
}
……
if (ucCompleted) {
__sdCompletedCommand(psdio, ucEvent); /* 通知事件处理完成 */
}
}
return(LW_NULL);
}3.3.2 接收应答
接收应答需要在调用发送命令之后，只是对于需要产生应答的命令，在发送时同时需要设置应答接收类型和事件，代码实现如程序清单 3-4所示。
程序清单 3-4发送命令时设置应答
INT __mciSendCmd (PSDIO_DAT psdio)
{
……
__SD_FUNCTION_ENABLE();
……
if (psdio->SDIO_bData) {
/*
* 需要应答
*/
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_RSP_IN;
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_XFERFINISH_RSPFIN;
} else if(SD_CMD_TEST_RSP((psdio->SDIO_psdcmd), SD_RSP_PRESENT)) {
/*
* 需要应答
*/
if ((psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiFlag & SD_RSP_R2) == SD_RSP_R2) {
/*
* 应答类型为R2
*/
uiRegCtl |= BIT_CTL_R2_EN;
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_RSP2_IN;
} else {
/*
* 应答类型为R1
*/
uiRegCtl |= BIT_CTL_RI_EN;
psdio->SDIO_ucEvent |= SD_EVENT_RSP_IN;
}
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_RSPFIN;
} else {
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_CMDSENT;
}
…… /* 发送命令 */
__mciWakeupQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 通知事件处理线程 */
return(ERROR_NONE);
} 同样，在事件处理线程中需要对应答状态进行轮询，如程序清单 3-5所示。
程序清单 3-5事件处理线程处理应答
static PVOID __mciSdioThread (PVOID pvArg)
{
……
for (;;) {
__mciIoWaitQueue(psdio->SDIO_hSdioSync); /* 等待事件处理消息 */
……
if (ucEvent & SD_EVENT_RSP_IN) { /* 应答类型R1 */
……
while(1) {
if (!(readl(REG_SDH_CTL) & BIT_CTL_RI_EN)) { /* 等待应答 */
ucCompleted =1;
break;
}
if (readl(REG_SDH_INTSTS) & BIT_INTSTS_RITO_IF) { /* 传输超时 */
……
break;
}
}
}
if (ucEvent & SD_EVENT_RSP2_IN) { /* 应答类型R2 */
__WAIT_COMPLETE(BIT_CTL_R2_EN, ucCompleted);
}
……
if (ucCompleted) {
__sdCompletedCommand(psdio, ucEvent); /* 通知事件处理完成 */
}
}
return(LW_NULL);
} 当应答状态位被置位后，就可以调用如程序清单 3-6所示代码，读取出应答的内容。
程序清单 3-6应答产生后调用
static VOID __sdCompletedCommand(PSDIO_DAT psdio, UINT8 ucEvent)
{
……
UINT32 uiIntSts = readl(REG_SDH_INTSTS);
if (uiIntSts & BIT_INTSTS_RITO_IF) {
writel(BIT_INTSTS_RITO_IF, REG_SDH_INTSTS);
……
}
if (psdio->SDIO_eCompleteWhat == COMPLETION_RSPFIN ||
psdio->SDIO_eCompleteWhat == COMPLETION_XFERFINISH_RSPFIN) {
if (ucEvent & SD_EVENT_RSP_IN) {
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[0] = (readl(REG_SDH_RESP0) << 8) |
(readl(REG_SDH_RESP1) & 0xff);
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[1] = 0;
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[2] = 0;
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[3] = 0;
} else if (ucEvent & SD_EVENT_RSP2_IN) {
pucPtr = (UINT8 *)REG_SDH_FB0;
for (i = 0, j = 0; j < 5; i += 4, j++) {
uiTmp[j] = (*(pucPtr + i) << 24) |
(*(pucPtr + i + 1) << 16) |
(*(pucPtr + i + 2) << 8) |
(*(pucPtr + i + 3));
}
for (i = 0; i < 4; i++) {
psdio->SDIO_psdcmd->SDCMD_uiResp[i] = ((uiTmp[i] & 0x00ffffff) << 8) |
((uiTmp[i + 1] & 0xff000000) >> 24);
}
}
}
……
psdio->SDIO_eCompleteWhat = COMPLETION_NONE;
__mciRequestDone(psdio);
}3.3.3 读取和写入数据
在数据读写之前需要配置DMA传输的块大小，如程序清单 3-7所示。
程序清单 3-7数据传输前准备
static INT __sendDataPrepare (PSDIO_DAT psdio)
{
……
/*
* 设置块传输的块大小
*/
uiBlkSiz = psdio->SDIO_psddata->SDDAT_uiBlkSize;
uiBlkLen = psdio->SDIO_psddata->SDDAT_uiBlkNum;
writel(uiBlkSiz - 1, REG_SDH_BLEN);
if ((uiBlkSiz > 512) || (uiBlkLen >= 256)) {
printk("ERROR: don‘t support read/write 256 blocks in on CMD\n");
} else {
uiRegCtl = readl(REG_SDH_CTL) & ~0x00ff0000;
uiRegCtl |= (uiBlkLen << 16);
writel(uiRegCtl, REG_SDH_CTL);
}
/*
* 设置DMA传输基址
*/
writel((UINT32)psdio->SDIO_puiBuf, REG_SDH_DMASA);
return(ERROR_NONE);
}4. 总结
本文章结合Nuc970说明了SylixOS中非标SD驱动移植的方法，标准SD驱动实现方法可能和本文介绍内容差异较大。
SylixOS基于Nuc970平台的SD驱动移植