SDIO-Wifi模块是基于SDIO接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块,内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈,能够实现用户主平台数据通过SDIO口到无线网络之间的转换。SDIO具有传输数据快,兼容SD、MMC接口等特点。
对于SDIO接口的wifi,首先,它是一个sdio的卡的设备,然后具备了wifi的功能,所以,注册的时候还是先以sdio的卡的设备去注册的。然后检测到卡之后就要驱动他的wifi功能了,显然,他是用sdio的协议,通过发命令和数据来控制的。下面先简单回顾一下SDIO的相关知识:
一、SDIO相关基础知识解析
1、SDIO接口
SDIO 故名思义,就是 SD 的 I/O 接口(interface)的意思,不过这样解释可能还有点抽像。更具体的说明,SD 本来是记忆卡的标准,但是现在也可以把 SD 拿来插上一些外围接口使用,这样的技术便是 SDIO。
所以 SDIO 本身是一种相当单纯的技术,透过 SD 的 I/O 接脚来连接外部外围,并且透过 SD 上的 I/O 数据接位与这些外围传输数据,而且 SD 协会会员也推出很完整的 SDIO stack 驱动程序,使得 SDIO 外围(我们称为SDIO 卡)的开发与应用变得相当热门。
现在已经有非常多的手机或是手持装置都支持 SDIO 的功能(SD 标准原本就是针对 mobile device 而制定),而且许多 SDIO 外围也都被开发出来,让手机外接外围更加容易,并且开发上更有弹性(不需要内建外围)。目前常见的 SDIO 外围(SDIO 卡)有:
· Wi-Fi card(无线网络卡)
· CMOS sensor card(照相模块)
· GPS card
· GSM/GPRS modem card
· Bluetooth card
SDIO 的应用将是未来嵌入式系统最重要的接口技术之一,并且也会取代目前 GPIO 式的 SPI 接口。
2、SDIO总线
SDIO总线 和 USB总线 类似,SDIO也有两端,其中一端是HOST端,另一端是device端。所有的通信都是由HOST端 发送 命令 开始的,Device端只要能解析命令,就可以相互通信。
CLK信号:HOST给DEVICE的 时钟信号,每个时钟周期传输一个命令。
CMD信号:双向 的信号,用于传送 命令 和 反应。
DAT0-DAT3 信号:四条用于传送的数据线。
VDD信号:电源信号。
VSS1,VSS2:电源地信号。
3、SDIO热插拔原理
方法:设置一个 定时器检查 或 插拔中断检测
硬件:假如GPG10(EINT18)用于SD卡检测
GPG10 为高电平 即没有插入SD卡
GPG10为低电平 即插入了SD卡
4、SDIO命令
SDIO总线上都是HOST端发起请求,然后DEVICE端回应请求。sdio命令由6个字节组成。
a -- Command:用于开始传输的命令,是由HOST端发往DEVICE端的。其中命令是通过CMD信号线传送的。
b -- Response:回应是DEVICE返回的HOST的命令,作为Command的回应。也是通过CMD线传送的。
c -- Data:数据是双向的传送的。可以设置为1线模式,也可以设置为4线模式。数据是通过DAT0-DAT3信号线传输的。
SDIO的每次操作都是由HOST在CMD线上发起一个CMD,对于有的CMD,DEVICE需要返回Response,有的则不需要。
对于读命令,首先HOST会向DEVICE发送命令,紧接着DEVICE会返回一个握手信号,此时,当HOST收到回应的握手信号后,会将数据放在4位的数据线上,在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个读传送完毕后,HOST会再次发送一个命令,通知DEVICE操作完毕,DEVICE同时会返回一个响应。
对于写命令,首先HOST会向DEVICE发送命令,紧接着DEVICE会返回一个握手信号,此时,当HOST收到回应的握手信号后,会将数据放在4位的数据线上,在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个写传送完毕后,HOST会再次发送一个命令,通知DEVICE操作完毕,DEVICE同时会返回一个响应。
二、SDIO接口驱动
前面讲到,SDIO接口的wifi,首先,它是一个sdio的卡的设备,然后具备了wifi的功能,所以SDIO接口的WiFi驱动就是在wifi驱动外面套上了一个SDIO驱动的外壳,SDIO驱动仍然符合设备驱动的分层与分离思想:
设备驱动层(wifi 设备)
|
核心层(向上向下提供接口)
|
主机驱动层 (实现SDIO驱动)
下面先分析SDIO接口驱动的实现,看几个重要的数据结构(用于核心层与主机驱动层 的数据交换处理)。
[ /include/linux/mmc/host.h ]
struct mmc_host 用来描述卡控制器
struct mmc_card 用来描述卡
struct mmc_driver 用来描述 mmc 卡驱动
struct sdio_func 用来描述 功能设备
struct mmc_host_ops 用来描述卡控制器操作接口函数功能,用于从 主机控制器层向 core 层注册操作函数,从而将core 层与具体的主机控制器隔离。也就是说 core 要操作主机控制器,就用这个 ops 当中给的函数指针操作,不能直接调用具体主控制器的函数。
HOST层驱动分析在 前面的系列文章中 Linux SD卡驱动开发(二) —— SD 卡驱动分析HOST篇 有详细阐述,下面只简单回顾一下一些重要函数处理
1、编写Host层驱动
这里参考的是S3C24XX的HOST驱动程序 /drivers/mmc/host/s3cmci.c
- static struct platform_driver s3cmci_driver = {
- .driver = {
- .name = "s3c-sdi", //名称和平台设备定义中的对应
- .owner = THIS_MODULE,
- .pm = s3cmci_pm_ops,
- },
- .id_table = s3cmci_driver_ids,
- .probe = s3cmci_probe, //平台设备探测接口函数
- .remove = __devexit_p(s3cmci_remove),
- .shutdown = s3cmci_shutdown,
- };
- s3cmci_probe(struct platform_device *pdev)
- {
- //....
- struct mmc_host *mmc;
- mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct s3cmci_host), &pdev->dev); //分配mmc_host结构体
- //.....
- }
- /*注册中断处理函数s3cmci_irq,来处理数据收发过程引起的各种中断*/
- request_irq(host->irq, s3cmci_irq, 0, DRIVER_NAME, host) //注册中断处理函数s3cmci_irq
- /*注册中断处理s3cmci_irq_cd函数,来处理热拨插引起的中断,中断触发的形式为上升沿、下降沿触发*/
- request_irq(host->irq_cd, s3cmci_irq_cd,IRQF_TRIGGER_RISING |IRQF_TRIGGER_FALLING, DRIVER_NAME, host)
- mmc_add_host(mmc); //initialise host hardware //向MMC core注册host驱动
- ----> device_add(&host->class_dev); //添加设备到mmc_bus_type总线上的设备链表中
- ----> mmc_start_host(host); //启动mmc host
- /*MMC drivers should call this when they detect a card has been inserted or removed.检测sd卡是否插上或移除*/
- ---->mmc_detect_change(host, 0);
- /*Schedule delayed work in the MMC work queue.调度延时工作队列*/
- mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay);
搜索host->detected得到以下信息:
[/drivers/mmc/core/host.c]
- NIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);
- mmc_rescan(struct work_struct *work)
- ---->mmc_bus_put(host);//card 从bus上移除时,释放它占有的总线空间
- /*判断当前mmc host控制器是否被占用,当前mmc控制器如果被占用,那么 host->claimed = 1;否则为0
- *如果为1,那么会在while(1)循环中调用schedule切换出自己,当占用mmc控制器的操作完成之后,执行 *mmc_release_host()的时候,会激活登记到等待队列&host->wq中的其他 程序获得mmc主控制器的使用权
- */
- mmc_claim_host(host);
- mmc_rescan_try_freq(host, max(freqs[i], host->f_min);
- static int mmc_rescan_try_freq(struct mmc_host *host, unsigned freq)
- {
- …
- /* Order's important: probe SDIO, then SD, then MMC */
- if (!mmc_attach_sdio(host))
- return 0;
- if (!mmc_attach_sd(host))
- return 0;
- if (!mmc_attach_mmc(host))
- return 0;
- ….
- }
- mmc_attach_sdio(struct mmc_host *host) //匹配sdio接口卡
- --->mmc_attach_bus(host, &mmc_sdio_ops);
- /*当card与总线上的驱动匹配,就初始化card*/
- mmc_sdio_init_card(host, host->ocr, NULL, 0);
- --->card = mmc_alloc_card(host, NULL);//分配一个card结构体
- mmc_set_bus_mode(host, MMC_BUSMODE_PUSHPULL); //设置mmc_bus的工作模式
- struct sdio_func *sdio_func[SDIO_MAX_FUNCS]; //SDIO functions (devices)
- sdio_init_func(host->card, i + 1);
- --->func = sdio_alloc_func(card); //分配struct sdio_fun(sdio功能设备)结构体
- mmc_io_rw_direct();
- card->sdio_func[fn - 1] = func;
- mmc_add_card(host->card); //将具体的sdio设备挂载到mmc_bus_types 总线
- sdio_add_func(host->card->sdio_func[i]); //将sdio功能设备挂载到sdio_bus_types总线
这里一系列函数调用在前面的SD驱动蚊帐中已经阐述过了,不再详细阐述
2、SDIO设备的热插拔
当插拔SDIO设备,会触发中断通知到CPU,然后执行卡检测中断处理函数在这个中断服务函数中,mmc_detect_change->mmc_schedule_delayed_work(&host->detect,delay), INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan)会调度mmc_rescan函数延时调度工作队列,这样也会触发SDIO设备的初始化流程,检测到有效的SDIO设备后,会将它注册到系统中去。
- static irqreturn_t s3cmci_irq_cd(int irq, void *dev_id)
- {
- struct s3cmci_host *host = (struct s3cmci_host *)dev_id;
- ........
- mmc_detect_change(host->mmc, msecs_to_jiffies(500));
- return IRQ_HANDLED;
- }
三、wifi 驱动部分解析
wifi驱动的通用的软件架构
1. 分为两部分,上面为主机端驱动,下面是我们之前所说的firmware
2. 其中固件部分的主要工作是:因为天线接受和发送回来的都是802.11帧的帧,而主机接受和传送出来的数据都必须是802.3的帧,所以必须由firmware来负责802.3的帧和802.11帧之间的转换
3. 当天线收到数据,并被firmware处理好后会放在一个buffer里,并产生一个中断,主机在收到中断后就去读这个buffer。
SDIO设备的驱动由sdio_driver结构体定义,sdio_driver其实是driver的封装。通过sdio_register_driver函数将SDIO设备驱动加载进内核,其实就是挂载到sdio_bus_type总线上去。
1、设备驱动的注册与匹配
[Drivers/net/wireless/libertas/if_sdio.c]
- /* SDIO function device driver*/
- struct sdio_driver {
- char *name; //设备名
- const struct sdio_device_id *id_table; //设备驱动ID
- int (*probe)(struct sdio_func *, const struct sdio_device_id *);//匹配函数
- void (*remove)(struct sdio_func *);
- struct device_driver drv;
- };
下面是具体函数的填充:
- /*if_sdio.c*/
- static struct sdio_driver if_sdio_driver = {
- .name = "libertas_sdio",
- .id_table = if_sdio_ids, //用于设备与驱动的匹配
- .probe = if_sdio_probe,
- .remove = if_sdio_remove,
- .drv = {
- .pm = &if_sdio_pm_ops,
- }
- };
设备注册函数
- /**
- * sdio_register_driver - register a function driver
- * @drv: SDIO function driver
- */
- int sdio_register_driver(struct sdio_driver *drv)
- {
- drv->drv.name = drv->name;
- drv->drv.bus = &sdio_bus_type; //设置driver的bus为sdio_bus_type
- return driver_register(&drv->drv);
- }
总线函数
- static struct bus_type sdio_bus_type = {
- .name = "sdio",
- .dev_attrs = sdio_dev_attrs,
- .match = sdio_bus_match,
- .uevent = sdio_bus_uevent,
- .probe = sdio_bus_probe,
- .remove = sdio_bus_remove,
- .pm = SDIO_PM_OPS_PTR,
- };
注意:设备或者驱动注册到系统中的过程中,都会调用相应bus上的匹配函数来进行匹配合适的驱动或者设备,对于sdio设备的匹配是由sdio_bus_match和sdio_bus_probe函数来完成。
- static int sdio_bus_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
- {
- struct sdio_func *func = dev_to_sdio_func(dev);
- struct sdio_driver *sdrv = to_sdio_driver(drv);
- if (sdio_match_device(func, sdrv))
- return 1;
- return 0;
- }
- static const struct sdio_device_id *sdio_match_device(struct sdio_func *func,
- struct sdio_driver *sdrv)
- {
- const struct sdio_device_id *ids;
- ids = sdrv->id_table;
- if (sdio_match_one(func, ids))
- return ids;
- }
由以上匹配过程来看,通过匹配id_table 和 sdio_driver设备驱动中id,来匹配合适的驱动或设备。最终会调用.probe函数,来完成相关操作。
2、If_sdio_probe函数
当检测到sdio卡插入了之后就会调用If_sdio_probe,而当卡被移除后就会调用If_sdio_remove。
下面先看下If_sdio_probet函数,if_sdio_prob 函数 主要做了两件事
- static struct sdio_driver if_sdio_driver = {
- .name = "libertas_sdio",
- .id_table = if_sdio_ids, //用于设备和驱动的匹配
- .probe = if_sdio_probe,
- .remove = if_sdio_remove,
- .drv = {
- .pm = &if_sdio_pm_ops,
- },
- };
- 1 //定义一个 if_sdio card的结构体
- struct if_sdio_card *card;
- struct if_sdio_packet *packet; //sdio 包的结构体
- struct mmc_host *host = func->card->host;
- // 查询是否有指定的功能寄存器在mmc
- //_sdio_card中
- for (i = 0;i < func->card->num_info;i++) {
- if (sscanf(func->card->info[i],
- "802.11 SDIO ID: %x", &model) == 1)
- //在这里进行片选 选择到我们使用的marvell 8686 的设备
- case MODEL_8686:
- card->scratch_reg = IF_SDIO_SCRATCH;
- //创建sdio 的工作队列
- card->workqueue = create_workqueue("libertas_sdio");
- //调用下面的函数
- INIT_WORK(&card->packet_worker, if_sdio_host_to_card_worker);
- //主机到卡的工作队列
- static void if_sdio_host_to_card_worker(struct work_struct *work)
- /* Check if we support this card 选择我们所支持的卡的类型*/
- //赋值为sd8686_helper.bin sd8686.bin
- /*fw_table 中的 MODEL_8686, "sd8686_helper.bin", "sd8686.bin" },?/
- for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fw_table); i++) {
- if (card->model == fw_table[i].model)
- break;
- }
- { MODEL_8688, "libertas/sd8688_helper.bin", "libertas/sd8688.bin" },
- //申请一个host
- sdio_claim_host(func);
- //使能sdio 的功能 寄存器
- ret = sdio_enable_func(func);
- if (ret)
- goto release;
- 2//申请 sdio 的中断 当有数据 ,命令 或者是事件 的时间执行中断
- ret = sdio_claim_irq(func, if_sdio_interrupt);
- ret = if_sdio_card_to_host(card); //从无线网卡接收到数据 或者说是上报数据
- ret = if_sdio_handle_data(card, card->buffer + 4, chunk - 4); //接收数据的处理
- ret = if_sdio_handle_cmd(card, card->buffer + 4, chunk - 4); //处理申请的命令中断
- ret = if_sdio_handle_event(card, card->buffer + 4, chunk - 4);//处理申请的事件中断
- //添加网络结构体 分配设备并注册
- priv = lbs_add_card(card, &func->dev);
- //分配Ethernet设备并注册
- wdev = lbs_cfg_alloc(dmdev);
- //802无线网的具体的操作函数
- wdev->wiphy = wiphy_new(&lbs_cfg80211_ops, sizeof(struct lbs_private));
- //分配网络设备是整个网络部分操作的
- //的核心结构体
- dev = alloc_netdev(0, "wlan%d", ether_setup); //实例化wlan0的属性
- dev->ieee80211_ptr = wdev;
- dev->ml_priv = priv;
- //设置设备的物理地址
- SET_NETDEV_DEV(dev, dmdev);
- wdev->netdev = dev;
- priv->dev = dev;
- //初始化网络设备 ops. 看门狗
- dev->netdev_ops = &lbs_netdev_ops; //网络设备的具体的操作函数
- dev->watchdog_timeo = 5 * HZ;
- dev->ethtool_ops = &lbs_ethtool_ops;
- dev->flags |= IFF_BROADCAST | IFF_MULTICAST; //广播或者多播
- //启动一个内核线程来管理这个网络设备的数据发送,事件的处理(卡的拔出)和一些命令的处理
- priv->main_thread = kthread_run(lbs_thread, dev, "lbs_main");
- //初始化相关的工作队列
- priv->work_thread = create_singlethread_workqueue("lbs_worker");
- INIT_WORK(&priv->mcast_work, lbs_set_mcast_worker);
- priv->wol_criteria = EHS_REMOVE_WAKEUP;
- priv->wol_gpio = 0xff;
- priv->wol_gap = 20;
- priv->ehs_remove_supported = true;
- //设置私有变量
- //设置主机发送数据到卡
- priv->hw_host_to_card = if_sdio_host_to_card;
- priv->enter_deep_sleep = if_sdio_enter_deep_sleep;
- priv->exit_deep_sleep = if_sdio_exit_deep_sleep;
- priv->reset_deep_sleep_wakeup = if_sdio_reset_deep_sleep_wakeup;
- sdio_claim_host(func);
- //启动卡设备
- ret = lbs_start_card(priv);
- if (lbs_cfg_register(priv))
- ret = register_netdev(priv->dev);
- err = register_netdevice(dev);
- //具体的wifi设备驱动功能
- //网络设备操作的具体函数
- static const struct net_device_ops lbs_netdev_ops = {
- .ndo_open = lbs_dev_open, //打开
- .ndo_stop = lbs_eth_stop, //停止
- .ndo_start_xmit = lbs_hard_start_xmit, //开始发送数据
- .ndo_set_mac_address = lbs_set_mac_address, //设置mac地址
- .ndo_tx_timeout = lbs_tx_timeout, //发送超时
- .ndo_set_multicast_list = lbs_set_multicast_list, //多播地址
- .ndo_change_mtu = eth_change_mtu, //最大传输单元
- .ndo_validate_addr = eth_validate_addr, //判断地址的有效性
3、数据的接收,通过中断的方式来解决
网络设备接收数据的主要方法是由中断引发设备的中断处理函数,中断处理函数判断中断的类型,如果为接收中断,则读取接收到的数据,分配sk_buff数据结构和数据缓冲区,并将接收的数据复制到数据缓存区,并调用netif_rx()函数将sk_buff传递给上层协议。
搜索if_sdio_interrupt,可知道它是在if_sdio.c文件中if_sdio_probe()函数中sdio_claim_irq(func, if_sdio_interrupt) ,func->irq_handler = if_sdio_interrupt。当s3cmci_irq中断处理函数的S3C2410_SDIIMSK_SDIOIRQ 中断被触发时将调用if_sdio_interrupt()函数,进行接收数据。
- static void if_sdio_interrupt(struct sdio_func *func)
- ret = if_sdio_card_to_host(card); //从无线网卡接收到数据 或者说是上报数据
- //读取端口上的数据 ,放到card的buffer中
- ret = sdio_readsb(card->func, card->buffer, card->ioport, chunk);
- 1.在这里一方面处理中断 还有2
- switch (type) { //处理cmd data event的请求
- case MVMS_CMD:
- ret = if_sdio_handle_cmd(card, card->buffer + 4, chunk - 4); //处理申请的命令中断
- if (ret)
- goto out;
- break;
- case MVMS_DAT:
- ret = if_sdio_handle_data(card, card->buffer + 4, chunk - 4);//处理申请的数据中断
- if (ret)
- goto out;
- break;
- case MVMS_EVENT:
- ret = if_sdio_handle_event(card, card->buffer + 4, chunk - 4);//处理申请的事件中断
- //读取包的过程
- lbs_process_rxed_packet(card->priv, skb);
- //如果是中断 ,就把skb这个包提交给协议层,这个函数是
- //协议层提供的 netif_rx(skb)
- if (in_interrupt())
- netif_rx(skb); //提交给协议层
- 2//读取端口上的数据 ,放到card的buffer中
- ret = sdio_readsb(card->func, card->buffer, card->ioport, chunk);
- //读取地址,目的地址,数量 等
- int sdio_readsb(struct sdio_func *func, void *dst, unsigned int addr, int count)
- return sdio_io_rw_ext_helper(func, 0, addr, 0, dst, count);
- ret = mmc_io_rw_extended(func->card, write,func->num, addr, incr_addr, buf,blocks, func->cur_blksize);
- cmd.arg = write ? 0x80000000 : 0x00000000;
- //wait for request
- mmc_wait_for_req(card->host, &mrq);
- 开始应答
- mmc_start_request(host, mrq);
- wait_for_completion(&complete);
- host->ops->request(host, mrq);
4、 数据发送
- //IP层通过dev_queue_xmit()将数据交给网络设备协议接口层,网络接口层通过netdevice中的注册函数的数据发送函数
- int dev_queue_xmit(struct sk_buff *skb)
- if (!netif_tx_queue_stopped(txq)) {
- __this_cpu_inc(xmit_recursion);
- //设备硬件开始发送
- rc = dev_hard_start_xmit(skb, dev, txq);
- //调用wifi网络中的ops
- rc = ops->ndo_start_xmit(skb, dev);
- dev->netdev_ops = &lbs_netdev_ops; //设备的操作函数
- //处理sdio firware数据和内核的数据main_thread 主线程
- priv->main_thread = kthread_run(lbs_thread, dev, "lbs_main");
- //调用host_to_card 即if_sdio_card_to_host函数。
- int ret = priv->hw_host_to_card(priv, MVMS_DAT,priv->tx_pending_buf,priv->tx_pending_len);
- 为什么是if_sdio_to_host呢 ?因为在prob函数中定义了这一个
- //设置主机发送数据到卡
- priv->hw_host_to_card = if_sdio_host_to_card;
- static int if_sdio_host_to_card(struct lbs_private *priv,u8 type, u8 *buf, u16 nb)
- //把buf中的数据 copy到sdio 包中,在对sdio 的包进行处理
- memcpy(packet->buffer + 4, buf, nb);
- //创建工作队列
- queue_work(card->workqueue, &card->packet_worker);
- //初始化队列
- INIT_WORK(&card->packet_worker, if_sdio_host_to_card_worker);
- //sdio的写数据
- ret = sdio_writesb(card->func, card->ioport, packet->buffer, packet->nb);
- //mmc写扩展口
- ret = mmc_io_rw_extended(func->card, write,func->num, addr, incr_addr, buf,blocks, func->cur_blksize);
- //wait for request
- mmc_wait_for_req(card->host, &mrq);
- mrq->done_data = &complete;
- mrq->done = mmc_wait_done;
- mmc_start_request(host, mrq);
- //完成等待 写数据结束
- wait_for_completion(&complete);
- host->ops->request(host, mrq);
- //到底结束 发送数据
5、移除函数
当sdio卡拔除时,驱动会调用该函数,完成相应操作。如释放占有的资源,禁止func功能函数,释放host。
- if_sdio_remove(struct sdio_func *func)
- ---->lbs_stop_card(card->priv);
- lbs_remove_card(card->priv);
- ---->kthread_stop(priv->main_thread); //终止内核线程
- lbs_free_adapter(priv);
- lbs_cfg_free(priv);
- free_netdev(dev);
- flush_workqueue(card->workqueue); //刷新工作队列
- destroy_workqueue(card->workqueue);
- sdio_claim_host(func);
- sdio_release_irq(func);
- sdio_disable_func(func);
- sdio_release_host(func);