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两年前实习时的文档——MMC学习总结
1 概述
驱动程序实际上是硬件与应用程序之间的中间层。在Linux操作系统中，设备驱动程序对各种不同的设备提供了一致的访问接口，把设备映射成一个特殊的设备文件，用户程序可以像其他文件一样对设备文件进行操作。
Linux2.6引入了新的设备管理机制kobject，通过这个数据结构使所有设备在底层都具有统一的接口，kobject提供基本的对象管理，是构成Linux2.6设备模型的核心结构，它与sysfs文件系统紧密联系，每个在内核中注册的kobject对象都对应于sysfs文件系统中的一个目录。
在这些内核对象机制的基础上，Linux的设备模型包括设备结构device、驱动程序driver、总线bus和设备类结构class几个关键组件。
一个现实的linux设备和驱动通常都需要挂接在一种总线上，比较常见的总线有USB、PCI总线等。但是，在嵌入式系统里面，SoC系统中集成的独立的外设控制器、挂接在SoC内存空间的外设却不依附于此类总线。基于这样的背景下，2.6内核加入了platform虚拟总线。Platform机制将设备本身的资源注册进内核，由内核统一管理，在驱动程序使用这些资源时使用统一的接口，这样提高了程序的可移植性。
Platform设备概念的引入是能够更好地描述设备的资源信息。Platform设备是系统中自治的实体，包括基于端口的设备、外围总线和集成入片上系统平台的大多数控制器，它们通常直接通过CPU的总线寻址。每个platform设备被赋予一个名称，并分配一定数量的资源。
Platform总线对加入到该总线的设备和驱动分别封装了结构体——platform_device和platform_driver并且提供了对应的注册函数。
图1 Platform虚拟总线
由上图可知，在platform虚拟总线上我们分别对device和driver进行注册，这样我们能够更加方便的进行驱动设备的管理。这样当有总线或者设备注册到该虚拟总线上时，内核自动的调用platform_match函数将platform_device绑定到platform_driver上。
2 SDIO启动过程
在kernel启动时，内核会自动的调用MODULE_INIT宏对模块进行加载，MODULE_INIT声明了模块的入口函数。在MMC中我们模块的执行顺序如下图所示：
图2 SDIO启动过程
在这个过程中内核首先调用xxx_init函数,init函数对device进行注册，无论什么设备在内核中都会调用driver_register函数，driver_register函数经过一系列的调用，最终会调用探测函数probe（后面详细讲解）。probe函数会对模块进行探测工作，不断的对SD/MMC/SDIO卡进行扫描。
3 platform相关
3.1 platform数据结构
Linux在启动的时候就注册了platform总线，看内核源码：
struct bus_type platform_bus_type = {
.name ="platform",
.dev_attrs = platform_dev_attrs,
.match =platform_match,
.uevent =platform_uevent,
.pm =&platform_dev_pm_ops,
};
可以看到，总线中定义了.match函数，当有总线或者设备注册到platform总线时，内核自动调用.match函数，判断device和driver的name是否一致。
platform_device的结构体定义如下：
struct platform_device {
constchar * name;//设备名字，这将代替device->dev_id,用作sys/device下显示目录名
int id;//设备ID，用于给插入该总线并且具有相同name的设备编号，如果只有一个设备的话填-1
structdevice dev;//结构体中内嵌的device结构体
u32 num_resources;//资源数
structresource * resource;//用于存放资源的数组
conststruct platform_device_id *id_entry;
/*arch specific additions */
structpdev_archdata archdata;
};
可以看出，在platform_device中定义了name，并且内嵌了structdevice结构体。另外，包含的structresource如下：
struct resource {
resource_size_tstart;
resource_size_tend;
constchar *name;
unsignedlong flags;
structresource *parent, *sibling, *child;
};
platform_driver的结构体定义如下：
struct platform_driver {
int(*probe)(struct platform_device *);
int(*remove)(struct platform_device *);
void(*shutdown)(struct platform_device *);
int(*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
int(*resume)(struct platform_device *);
structdevice_driver driver;
conststruct platform_device_id *id_table;
};
可以看出，在platform_driver中内嵌了structdevice_driver，以及一些回调函数。structdevice_driver的具体定义如下：
struct device_driver {
constchar *name;
int(*probe) (struct device *dev);
int(*remove) (struct device *dev);
void(*shutdown) (struct device *dev);
int(*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);
int(*resume) (struct device *dev);
conststruct attribute_group **groups;
conststruct dev_pm_ops *pm;
structdriver_private *p;
};
此处定义了name用于和platform_device匹配。因为platform_device和platform_driver的匹配就是通过内嵌的structdevice和structdevice_driver的name进行匹配的。
static int platform_match(structdevice *dev, struct device_driver *drv)
{
structplatform_device *pdev = to_platform_device(dev);
structplatform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);
/*match against the id table first */
if(pdrv->id_table)
returnplatform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;
/*fall-back to driver name match */
return(strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);
}
在数据结构设计上，总线、设备及驱动三者相互关联platform device包含device，根据device可以获得相应的bus及driver。
设备添加到总线上之后形成一个双向循环链表，根据总线可以获得其上挂接的所有device，进而获得了platform device。根据device也可以获得驱动该总线上所有设备相应的driver。Platform包含driver，根据driver获得相应的bus，进而获得bus上所有的device，进一步获得platformdevice。根据name对driver和platform device进行匹配，匹配成功后将device与相应的driver关联起来，即实现了platformdevice与platformdriver的关联。
匹配成功后调用driver的probe进而调用platformdriver的probe，在probe里实现驱动特定的功能。
Match函数只是简单的进行字符串匹配，这就是强调platformdevice和platform driver中那么属性需要一致的原因。
3.2 platform device
3.2.1 register
注册一个platform层的设备。注册后，会在sys/device目录下创建一个以name命名的目录，并且创建软连接到/sys/bus/platform/device下。
int platform_device_register(structplatform_device *pdev)
{
device_initialize(&pdev->dev);
returnplatform_device_add(pdev);
}
其中，第一步device_initialize（在kernel文件夹下）用于初始化一个structdevice。函数的定义如下：
void device_initialize(struct device*dev)
{
dev->kobj.kset= devices_kset;
kobject_init(&dev->kobj,&device_ktype);
INIT_LIST_HEAD(&dev->dma_pools);
mutex_init(&dev->mutex);
lockdep_set_novalidate_class(&dev->mutex);
spin_lock_init(&dev->devres_lock);
INIT_LIST_HEAD(&dev->devres_head);
device_pm_init(dev);
set_dev_node(dev,-1);
}
第二步，添加一个platform device到device层 。函数的定义如下：
int platform_device_add(structplatform_device *pdev)
{
inti, ret = 0;
if(!pdev)
return -EINVAL;
if(!pdev->dev.parent)
pdev->dev.parent= &platform_bus;//如果p->dev.parent不存在则赋值&platform_bus
pdev->dev.bus= &platform_bus_type;//设置pdev->dev.bus的bus类型
if(pdev->id != -1) //pdev->id!=-1说明存在多于一个的设备
dev_set_name(&pdev->dev,"%s.%d", pdev->name, pdev->id);
Else //否则对唯一的设备进行命名
dev_set_name(&pdev->dev,"%s", pdev->name);
for(i = 0; i < pdev->num_resources; i++) {
//遍历资源并且资源加入到资源数组中
struct resource *p, *r =&pdev->resource[i];
if (r->name == NULL)
r->name= dev_name(&pdev->dev);
p = r->parent;
if (!p) {
if(resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)
p = &iomem_resource;
elseif (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)
p = &ioport_resource;
}
if (p && insert_resource(p, r)) {
printk(KERN_ERR
"%s: failed to claim resource%d\n",
dev_name(&pdev->dev), i);
ret= -EBUSY;
gotofailed;
}
}
pr_debug("Registeringplatform device ‘%s‘. Parent at %s\n",
dev_name(&pdev->dev),dev_name(pdev->dev.parent));
ret= device_add(&pdev->dev);//（在core/core.c中定义）
if(ret == 0)
return ret;
failed:
while(--i >= 0) {
struct resource *r =&pdev->resource[i];
unsigned long type = resource_type(r);
if (type == IORESOURCE_MEM || type ==IORESOURCE_IO)
release_resource(r);
}
returnret;
}
3.2.2 unregister
platform_device_unregister用于注销一个platform-leveldevice。函数的定义如下：
voidplatform_device_unregister(struct platform_device *pdev)
{
platform_device_del(pdev);
platform_device_put(pdev);
}
在注销一个设备时，第一步调用platform_device_del函数。此函数的定义如下：
void platform_device_del(struct platform_device*pdev)
{
inti;
if(pdev) {
device_del(&pdev->dev);
//遍历所有的resource如果是IORESOURCE_MEM或者IORESOURCE_IO类型则调用release_resource函数释放掉resource。
for (i = 0; i <pdev->num_resources; i++) {
structresource *r = &pdev->resource[i];
unsignedlong type = resource_type(r);
if(type == IORESOURCE_MEM || type == IORESOURCE_IO)
release_resource(r);
}
}
}
此函数的作用是：移除一个platform-leveldevice。其中的IOSOURCE_MEM和IORESOURCE_IR是CPU对外设I/O端口物理地址的两种编制方式。Resource是一个指向platform资源数组的指针，该数组有num_resource个资源，下面是资源结构体的定义（linux/ioport.h）：
struct resource {
resource_size_tstart; //起始地址
resource_size_tend; //终止地址
constchar *name; //名称
unsignedlong flags; //标志
structresource *parent, *sibling, *child;
};
在structplatform_device中可以设置多种资源信息。资源的flags标志包括：
#define IORESOURCE_IO 0x00000100 //IO资源
#define IORESOURCE_MEM 0x00000200 //内存资源
#define IORESOURCE_IRQ 0x00000400 //中断资源
#define IORESOURCE_DMA 0x00000800 //DMA资源
第二步，调用platform_device_put函数。
void platform_device_put(structplatform_device *pdev)
{
if(pdev)
put_device(&pdev->dev);
}
销毁一个platformdevice，并且释放所有与这个platformdevice相关的内存。
3.3 platform driver
3.3.1 register
通过调用函数platform_driver_register实现为platformlevel的设备注册一个驱动。注册成功后，内核会在/sys/bus/platform/driver/目录下创建一个名字为driver->name的目录。具体的函数定义如下：
int platform_driver_register(structplatform_driver *drv)
{
drv->driver.bus= &platform_bus_type;
if(drv->probe)
drv->driver.probe =platform_drv_probe;
if(drv->remove)
drv->driver.remove =platform_drv_remove;
if(drv->shutdown)
drv->driver.shutdown =platform_drv_shutdown;
returndriver_register(&drv->driver);
}
此函数首先对struct platform_driver变量的driver进行赋值。然后调用driver_register并且返回。driver_register函数的定义如下：
int driver_register(structdevice_driver *drv)
{
intret;
structdevice_driver *other;
BUG_ON(!drv->bus->p);
//如果driver的方法和总线上的方法不能匹配则驱动的名称需要更新
if((drv->bus->probe && drv->probe) ||
(drv->bus->remove &&drv->remove) ||
(drv->bus->shutdown &&drv->shutdown))
printk(KERN_WARNING "Driver ‘%s‘needs updating - please use "
"bus_typemethods\n", drv->name);
other= driver_find(drv->name, drv->bus);
if(other) {
put_driver(other);
printk(KERN_ERR "Error: Driver ‘%s‘is already registered, "
"aborting...\n",drv->name);
return -EBUSY;
}
ret= bus_add_driver(drv);//将驱动加载到总线上，如果成功就返回
if(ret)
return ret;
ret= driver_add_groups(drv, drv->groups);
if(ret)
bus_remove_driver(drv);
returnret;
}
3.3.2 unregister
通过调用函数platform_driver_unregister函数实现platform_driver级设备的注销。
void platform_driver_unregister(structplatform_driver *drv)
{
driver_unregister(&drv->driver);
}
在此函数中调用了driver_unregister函数，将驱动从系统中移除。函数的具体定义如下：
void driver_unregister(structdevice_driver *drv)
{
if(!drv || !drv->p) {
WARN(1, "Unexpected driverunregister!\n");
return;
}
driver_remove_groups(drv,drv->groups);
bus_remove_driver(drv);
}
分两步走，第一步调用driver_remove_groups。函数的具体定义如下：
static voiddriver_remove_groups(struct device_driver *drv,
const struct attribute_group **groups)
{
inti;
if(groups)
for (i = 0; groups[i]; i++)
sysfs_remove_group(&drv->p->kobj,groups[i]);
}
其中，调用了
static inline voidsysfs_remove_group(struct kobject *kobj,
const struct attribute_group *grp)
{
}
第二步从总线中将驱动删除。调用如下函数：
void bus_remove_driver(structdevice_driver *drv)
{
if(!drv->bus)
return;
if(!drv->suppress_bind_attrs)
remove_bind_files(drv);
driver_remove_attrs(drv->bus,drv);
driver_remove_file(drv,&driver_attr_uevent);
klist_remove(&drv->p->knode_bus);
pr_debug("bus:‘%s‘: remove driver %s\n", drv->bus->name, drv->name);
driver_detach(drv);
module_remove_driver(drv);
kobject_put(&drv->p->kobj);
bus_put(drv->bus);
}
此函数的作用是：将驱动从它控制的设备中卸载，并且从驱动的总线链表中将它移除。
4 probe函数
在kernel加载模块的时候启动了设备注册函数，因为所有的设备的driver都继承自device_driver，所以从driver_register看起，函数的源码如下：
int driver_register(structdevice_driver * drv)
{
if ((drv->bus->probe &&drv->probe) ||
(drv->bus->remove &&drv->remove) ||
(drv->bus->shutdown &&drv->shutdown)) {
printk(KERN_WARNING "Driver ‘%s‘needs updating - please use bus_type methods\n", drv->name);
}
klist_init(&drv->klist_devices,NULL, NULL);
return bus_add_driver(drv);
}
klist_init不相关，不用管他，具体再去看bus_add_driver：
int bus_add_driver(structdevice_driver *drv)
{
1.先kobject_set_name(&drv->kobj,"%s", drv->name);
2.再kobject_register(&drv->kobj)
3.然后调用了：driver_attach(drv)
}
int driver_attach(struct device_driver * drv)
{
return bus_for_each_dev(drv->bus,NULL, drv, __driver_attach);
}
真正起作用的是__driver_attach：
static int __driver_attach(structdevice * dev, void * data)
{
……
if (!dev->driver)
driver_probe_device(drv, dev);
……
}
int driver_probe_device(struct device_driver * drv, struct device * dev)
{
……
//1.先是判断bus是否match：
if (drv->bus->match &&!drv->bus->match(dev, drv))
goto done;
//2.再具体执行probe：
ret = really_probe(dev, drv);
……
}
really_probe才是我们要找的函数：
static int really_probe(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
……
//1.先是调用的驱动所属总线的probe函数：
if (dev->bus->probe) {
ret = dev->bus->probe(dev);
if (ret)
goto probe_failed;
} else if (drv->probe) {
//2.再调用你的驱动中的probe函数：
ret = drv->probe(dev);
if (ret)
goto probe_failed;
}
……
}
其中，drv->probe(dev)，才是真正调用的驱动实现的具体的probe函数。从此出开始probe函数正式被调用。
至此，platform成功挂接到platform bus上了，并与特定的设备实现了绑定，并对设备进行了probe处理。
5 request函数
当SDIO设备启动之后，probe函数会调用mmc_alloc_host函数不断的检测连接的MMC/SD/SDIO卡，并且通过device_add完成对设备的添加，当设备添加完成之后，会调用mmc_blk_probe完成驱动定义的特定功能。函数的调用关系图如下：
图3 request调用过程
Request函数的定义如下：
static void
v8sdio_request( struct mmc_host *mmc,struct mmc_request *mrq )
{
unsignedlong iflags = 0;
structv8sdio_host *host = mmc_priv( mmc );//首先将struct mmc_host设备转化成
//struct v8sdio_host
#if IRQ_STAT_DBG
if(host->id == DEBUG_CHN )
{
do_gettimeofday( &tv_now );//获取时间
timersub( &tv_now, &tv_last,&tv_delta );
if( tv_delta.tv_sec >= 5 )
{
u32i = 0;
tv_last.tv_sec = tv_now.tv_sec;
// tv_last.tv_usec= tv_now.tv_usec;
printk("\n" );
printk("[sdio%d_irq]: irq_ALL = %u\n", host->id, host->irq_cnt[0] );
printk("[sdio%d_irq]: irq_ERR = %u\n", host->id, host->irq_cnt[1] );
printk("[sdio%d_irq]: irq_DMA = %u\n", host->id, host->irq_cnt[2] );
printk("[sdio%d_irq]: irq_CMD = %u\n", host->id, host->irq_cnt[3] );
printk("[sdio%d_irq]: irq_TRN = %u\n", host->id, host->irq_cnt[4] );
for(i = 0; i <= MAX_OPCODE; i++ )
{
if( cmd_stats[i] )
{
printk( "[sdio%d_cmd]: cmd[%02u] =%u\n", host->id, i, cmd_stats[i] );
}
}
}
}
#endif
V8LOGV(V8TAG_SDIO, "" );
if(host->mrq )
V8LOGW( V8TAG_SDIO, "[Ch%d]host->mrq is NOT NULL.", host->id );
clk_enable(host->aclk ); //使能主机aclk
host->mrq= mrq; //请求队列赋值
local_irq_save(iflags); //保存本地中断标志
v8sdio_prepare_data(host, mrq ); //开启DMA通道，并且填充lli
v8sdio_start_command(host, mrq->cmd, mrq->data ); //开始执行命令
local_irq_restore(iflags); //重新保存本地中断标志
}
6 rescan过程
内核通过mmc_rescan（drivers/mmc/core/core.c）不断扫描MMC/SD卡：
void mmc_rescan(struct work_struct*work)
{
structmmc_host *host =
container_of(work, struct mmc_host,detect.work);
u32ocr;
interr;
unsignedlong flags;
intextend_wakelock = 0;
spin_lock_irqsave(&host->lock,flags);
if(host->rescan_disable) {
spin_unlock_irqrestore(&host->lock,flags);
return;
}
spin_unlock_irqrestore(&host->lock,flags);
mmc_bus_get(host); //取得总线
/*如果是个已经注册过的卡, 检查它是否存在 */
if((host->bus_ops != NULL) && host->bus_ops->detect &&!host->bus_dead)
host->bus_ops->detect(host);
/*如果卡已经被移除，总线将被标记为死卡
* —声明唤醒锁
* 使得用户空间能够相应*/
if(host->bus_dead)
extend_wakelock = 1;
mmc_bus_put(host);
mmc_bus_get(host);
/*如果当前还有卡，将它停止*/
if(host->bus_ops != NULL) {
mmc_bus_put(host);
goto out;
}
/*检查新插入的卡 */
/*
* 只有我们能够添加新的处理器, 所以在这里释放锁是安全的。
*/
mmc_bus_put(host);
if(host->ops->get_cd && host->ops->get_cd(host) == 0)
goto out;
mmc_claim_host(host);
mmc_power_up(host);
#ifdef CONFIG_MMC_VC088X
if(host->caps & MMC_CAP_SDIO_IRQ){
sdio_reset(host);
}
#else
sdio_reset(host);
#endif
mmc_go_idle(host);//发送CMD0使卡进入IDLE状态
mmc_send_if_cond(host,host->ocr_avail);
/*
* 首先我们搜索SDIO...
*/
err= mmc_send_io_op_cond(host, 0, &ocr);
if(!err) {
if (mmc_attach_sdio(host, ocr))
mmc_power_off(host);
extend_wakelock = 1;
goto out;
}
/*
* ...然后普通的SD...
*/
err= mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);
if(!err) {
if (mmc_attach_sd(host, ocr))
mmc_power_off(host);
extend_wakelock = 1;
goto out;
}
/*
* ...最后MMC.
*/
err= mmc_send_op_cond(host, 0, &ocr);
if(!err) {
if (mmc_attach_mmc(host, ocr))
mmc_power_off(host);
extend_wakelock = 1;
goto out;
}
mmc_release_host(host);
mmc_power_off(host);
out:
if(extend_wakelock)
wake_lock_timeout(&mmc_delayed_work_wake_lock,HZ / 2);
else
wake_unlock(&mmc_delayed_work_wake_lock);
if(host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect,HZ);
}
在设置完每个卡进入空状态，而不管当前卡是存在于何种状态之后调用了mmc_send_if_cond命令，此命令的定义如下：
int mmc_send_if_cond(struct mmc_host*host, u32 ocr)
{
structmmc_command cmd;
interr;
staticconst u8 test_pattern = 0xAA;
u8result_pattern;
/*
* To support SD 2.0 cards, we must alwaysinvoke SD_SEND_IF_COND
* before SD_APP_OP_COND. This command willharmlessly fail for
* SD 1.0 cards.
*/
cmd.opcode= SD_SEND_IF_COND;
cmd.arg= ((ocr & 0xFF8000) != 0) << 8 | test_pattern;
cmd.flags= MMC_RSP_SPI_R7 | MMC_RSP_R7 | MMC_CMD_BCR;
err= mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, 0);
if(err)
return err;
if(mmc_host_is_spi(host))
result_pattern = cmd.resp[1] & 0xFF;
else
result_pattern = cmd.resp[0] & 0xFF;
if(result_pattern != test_pattern)
return -EIO;
return0;
}
流程图如下：
图7 SD卡的状态图
⑴取得总线
⑵检查总线操作结构指针bus_ops，如果为空，则重新利用各总线对端口进行扫描，检测顺序依次为：SDIO、NormalSD、MMC。当检测到相应的卡类型后，就使用mmc_attach_bus()把相对应的总线操作与host连接起来。
voidmmc_attach_bus(struct mmc_host *host, const struct mmc_bus_ops *ops)
{
...
host->bus_ops = ops;
...
}
⑶初始化卡按以下流程初始化：
①发送CMD0使卡进入IDLE状态
②发送CMD8，检查卡是否SD2.0。SD1.1是不支持CMD8的，因此在SD2.0Spec中提出了先发送CMD8，如响应为无效命令，则卡为SD1.1，否则就是SD2.0（请参考SD2.0Spec）。
③发送CMD5读取OCR寄存器。
④发送ACMD55、CMD41，使卡进入工作状态。MMC卡并不支持ACMD55、CMD41，如果这步通过了，则证明这张卡是SD卡。
⑤如果d步骤错误，则发送CMD1判断卡是否为MMC。SD卡不支持CMD1，而MMC卡支持，这就是SD和MMC类型的判断依据。
⑥如果ACMD41和CMD1都不能通过，那这张卡恐怕就是无效卡了，初始化失败。