Linux SD卡驱动开发(三) —— SD 卡驱动分析CORE篇

废话不多说，直接切进主题：

       Linux在内核源码的drivers/mmc/core文件夹下为我们的提供了一系列SD卡的接口服务函数。可以查看Makefile如下


可见，core文件夹下有针对总线的服务bus.c，针对主控制器的服务host.c，针对SD卡的服务sd.c, sd_ops.c等等。

其中，最为核心的一个函数便是之前提到的位于core.c的mmc_rescan，概括来讲，主要完成两项任务，即

扫描SD总线，插入SD卡
扫描SD总线，拔出SD卡


一、 插入SD卡

        前面HOST篇最后的中断篇中讲到，插入SD卡，主控制器产生中断，进入中断处理函数s3cmci_irq_cd，其中调用的函数 mmc_detect_change，它将最终调用queue_delayed_work执行工作队列里的mmc_rescan函数

下面来看看 mmc_rescan

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  1. void mmc_rescan(struct work_struct *work)  
  2. {  
  3.     struct mmc_host *host =  
  4.         container_of(work, struct mmc_host, detect.work);  
  5.     int i;  
  6.   
  7.     if (host->rescan_disable)  
  8.         return;  
  9.   
  10.     /* If there is a non-removable card registered, only scan once */  
  11.     if ((host->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE) && host->rescan_entered)  
  12.         return;  
  13.     host->rescan_entered = 1;  
  14.   
  15.     mmc_bus_get(host);  
  16.   
  17.     /* 
  18.      * if there is a _removable_ card registered, check whether it is 
  19.      * still present 
  20.      */  
  21.     if (host->bus_ops && host->bus_ops->detect && !host->bus_dead  
  22.         && !(host->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE))  
  23.         host->bus_ops->detect(host);  
  24.   
  25.     host->detect_change = 0;  
  26.   
  27.     /* 
  28.      * Let mmc_bus_put() free the bus/bus_ops if we've found that 
  29.      * the card is no longer present. 
  30.      */  
  31.     mmc_bus_put(host);  
  32.     mmc_bus_get(host);  
  33.   
  34.     /* if there still is a card present, stop here */  
  35.     if (host->bus_ops != NULL) {  
  36.         mmc_bus_put(host);  
  37.         goto out;  
  38.     }  
  39.   
  40.     /* 
  41.      * Only we can add a new handler, so it's safe to 
  42.      * release the lock here. 
  43.      */  
  44.     mmc_bus_put(host);  
  45.   
  46.     if (!(host->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE) && host->ops->get_cd &&  
  47.             host->ops->get_cd(host) == 0) {  
  48.         mmc_claim_host(host);  
  49.         mmc_power_off(host);  
  50.         mmc_release_host(host);  
  51.         goto out;  
  52.     }  
  53.   
  54.     mmc_claim_host(host);  
  55.     for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(freqs); i++) {  
  56.         if (!mmc_rescan_try_freq(host, max(freqs[i], host->f_min)))  
  57.             break;  
  58.         if (freqs[i] <= host->f_min)  
  59.             break;  
  60.     }  
  61.     mmc_release_host(host);  
  62.   
  63.  out:  
  64.     if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)  
  65.         mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);  
  66. }  

      插入SD卡，mmc_rescan扫描SD总线上是否存在SD卡，具体的实现方法就是通过向SD卡上电，看是否能成功，以普通SD卡为例，为普通SD卡上电的函数mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);

如果上电成功，则返回0，即执行if()里的mmc_attach_sd()进行总线与SD卡的绑定。

如果上电失败，则返回非0值，跳过if()，尝试其他上电的方法。

     那么，上电方法究竟有何不同呢？具体看看mmc_send_app_op_cond()的实现过程

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  1. int mmc_send_app_op_cond(struct mmc_host *host, u32 ocr, u32 *rocr)  
  2. {  
  3.     struct mmc_command cmd;  
  4.     cmd.opcode = SD_APP_OP_COND;    /* #define SD_APP_OP_COND   41   */  
  5.     mmc_wait_for_app_cmd(host, NULL, &cmd, MMC_CMD_RETRIES);  
  6.   
  7.     ... ...  
  8.   
  9. }  
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  1. int mmc_wait_for_app_cmd(struct mmc_host *host, struct mmc_card *card, struct mmc_command *cmd, int retries)  
  2. {  
  3.   
  4.   mmc_app_cmd(host, card);   /* #define MMC_APP_CMD   55   */  
  5.   mrq.cmd = cmd;  
  6.   cmd->data = NULL;  
  7.   
  8.   mmc_wait_for_req(host, &mrq);  
  9.   
  10.   ... ...  
  11.   
  12. }  

这里的指令SD_APP_OP_COND只有SD2.0的协议支持，也就是说，只有普通SD卡支持，所以也只有普通SD卡能够成功上电。 

             


如果上电成功，就开始进行总线与SD卡的绑定，通过mmc_attach_sd()，绑定过程可分为四步，

注册SD总线上的操作函数 - struct mmc_bus_ops mmc_sd_ops

设置主控制器的时钟和总线方式 - 通过回调函数host->ops->set_ios();

启动SD卡 - 根据协议，完成SD卡启动的各个步骤

注册SD卡设备驱动


二、注册总线上的操作函数

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  1. int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)  
  2. {  
  3.     mmc_sd_attach_bus_ops(host);  
  4.   
  5.     ... ...  
  6.   
  7. }  

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  1. static void mmc_sd_attach_bus_ops(struct mmc_host *host)  
  2. {  
  3.     const struct mmc_bus_ops *bus_ops;  
  4.   
  5.     bus_ops = &mmc_sd_ops;  
  6.     mmc_attach_bus(host, bus_ops);  
  7. }  
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  1. void mmc_attach_bus(struct mmc_host *host, const struct mmc_bus_ops *ops)  
  2. {  
  3.     host->bus_ops = ops;  
  4.     host->bus_refs = 1;  
  5.     host->bus_dead = 0;  
  6. }  
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  1. static const struct mmc_bus_ops mmc_sd_ops = {  
  2.     .remove = mmc_sd_remove,  // 拔出SD卡的操作函数  
  3.     .detect = mmc_sd_detect,      // 探测SD卡的操作函数  
  4.     .suspend = NULL,  
  5.     .resume = NULL,  
  6.     .power_restore = mmc_sd_power_restore,  // 重新启动SD卡的操作函数  
  7. };  

     这里的mmc_sd_detect和mmc_sd_remove就是拔出SD卡所需要用到的函数，下文将详细讨论。这里需要注意的是，插入SD卡的时候，并不执行mmc_sd_detect和mmc_sd_remove这两个函数，但是会注册它们，也就是说，这两个函数的功能已经实现，将来可以使用。


三、设置时钟和总线

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  1. int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)  
  2. {  
  3.     host->ocr = mmc_select_voltage(host, ocr);  
  4.   
  5.     ... ...  
  6.   
  7. }  
  8.   
  9. u32 mmc_select_voltage(struct mmc_host *host, u32 ocr)  
  10. {  
  11.     mmc_set_ios(host);  
  12.   
  13.     ... ...  
  14. }  
  15.   
  16. static inline void mmc_set_ios(struct mmc_host *host)  
  17. {  
  18.     struct mmc_ios *ios = &host->ios;  
  19.   
  20.     host->ops->set_ios(host, ios);  // 设置主控制器时钟和总线的回调函数，具体实现由主控制器驱动完成  
  21. }  

    从这里可以体会到回调函数的精髓：协议层里利用回调函数为所有满足该协议的设备提供统一的接口，而具体实现由底层不同的设备驱动各自完成。注意到，之所以要定义一些放之四海而皆准的公用的类，比如struct mmc_host，就是需要通过struct mmc_host *host指针作为形参传到协议层所提供的接口函数中，从而得以调用。


四、启动SD卡

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  1. int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)  
  2. {  
  3.   
  4.     mmc_sd_init_card(host, host->ocr, NULL);  
  5.   
  6.     ... ...  
  7.   
  8. }  

 mmc_sd_init_card主要完成以下任务，

SD卡的启动过程
得到寄存器CID, CSD, SCR, RCA的数据
其他操作比如切换到高速模式，初始化card

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  1. static int mmc_sd_init_card(struct mmc_host *host, u32 ocr, struct mmc_card *oldcard)  
  2. {  
  3.       
  4.     /* SD卡的启动过程 */  
  5.     mmc_go_idle(host);  
  6.     mmc_send_if_cond(host, ocr);  
  7.     mmc_send_app_op_cond(host, ocr, NULL);  
  8.     mmc_all_send_cid(host, cid);  
  9.     mmc_send_relative_addr(host, &card->rca);  
  10.       
  11.     /* 得到寄存器CID, CSD, SCR的数据 */  
  12.     mmc_send_csd(card, card->raw_csd);  
  13.     mmc_decode_csd(card);  
  14.     mmc_decode_cid(card);  
  15.     mmc_app_send_scr(card, card->raw_scr);  
  16.     mmc_decode_scr(card);  
  17.   
  18.     /* 其它操作 */  
  19.     mmc_alloc_card(host, &sd_type);  
  20.     mmc_select_card(card);   
  21.     mmc_read_switch(card);  
  22.     mmc_switch_hs(card);  
  23.     ... ...  
  24.   
  25. }  


1) SD卡的启动过程

    根据SD2.0协议，SD卡的状态可分为两种模式：卡识别模式(card-identification mode)和数据传输模式(data-transfer mode)。这里，我们关注启动SD卡的卡识别模式。


综合代码：

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  1. mmc_go_idle(host);                     CMD0  
  2. Idle State  
  3. mmc_send_if_cond(host, ocr);     CMD8  
  4. mmc_send_app_op_cond(host, ocr, NULL);       ACMD41  
  5. Ready State  
  6. mmc_all_send_cid(host, cid);       CMD2  
  7. Identification State  
  8. mmc_send_relative_addr(host, &card->rca);     CMD3  
  9. Stand-by State  

2) 寄存器CID, CSD, SCR, RCA

-> 发送指令并得到寄存器的值

   当主控制器向SD卡发送cmd指令，比如mmc_send_cid(card, card->raw_cid)，请求得到SD卡CID寄存器的值，当主控制器发送cmd完成后，芯片产生一个内部中断，处理结束cmd的中断函数，之后得到来自SD卡的response，即CID寄存器的值，存放于host->cmd->resp[i]中。关于内部中断处理，参看上文的中断一节里的 mmc_wait_for_cmd()

   mmc_send_cid(card, card->raw_cid);这个函数发送了接收CSD寄存器的请求，并且得到了来自SD卡的CSD寄存器的值。

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  1. int mmc_send_cid(struct mmc_card *card, u32 *cid)  
  2. {  
  3.    return mmc_send_cxd_native(card->host, card->rca << 16, cid, MMC_SEND_CID);  
  4.   
  5. }  
  6.   
  7. static int mmc_send_cxd_native(struct mmc_host *host, u32 arg, u32 *cxd, int opcode)  
  8. {  
  9.  cmd.opcode = opcode;  
  10.  cmd.arg = arg;  
  11.  cmd.flags = MMC_RSP_R2 | MMC_CMD_AC;  
  12.   
  13.  mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, MMC_CMD_RETRIES);  
  14.   
  15.  memcpy(cxd, cmd.resp, sizeof(u32) * 4);  // 得到response赋给cxd，即card->raw_cid  
  16.   
  17.  ... ...  
  18. }  

-> 解析寄存器的值

    为什么要解析？先来看看寄存器CID在SD卡协议里的定义，它是一个128位的寄存器，存放了关于这块SD卡的基本信息，就像自己的身份证。通过mmc_send_cid()将这个寄存器的数值赋给了card->raw_cid (定义 u32 raw_cid[4];) ，为了方便得到具体某一个信息，协议层为我们解析了寄存器里的域，并赋给card->cid，比如厂商名称，就可以通过card->cid.manfid直接读取到。

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  1. static int mmc_decode_cid(struct mmc_card *card)  
  2. {  
  3.   u32 *resp = card->raw_cid;  
  4.   
  5.   card->cid.manfid = UNSTUFF_BITS(resp, 120, 8);  
  6.   card->cid.oemid  = UNSTUFF_BITS(resp, 104, 16);  
  7.   card->cid.prod_name[0] = UNSTUFF_BITS(resp, 96, 8);  
  8.   card->cid.prod_name[1] = UNSTUFF_BITS(resp, 88, 8);  
  9.   card->cid.prod_name[2] = UNSTUFF_BITS(resp, 80, 8);  
  10.   card->cid.prod_name[3] = UNSTUFF_BITS(resp, 72, 8);  
  11.   card->cid.prod_name[4] = UNSTUFF_BITS(resp, 64, 8);  
  12.   card->cid.prod_name[5] = UNSTUFF_BITS(resp, 56, 8);  
  13.   card->cid.serial = UNSTUFF_BITS(resp, 16, 32);  
  14.   card->cid.month  = UNSTUFF_BITS(resp, 12, 4);  
  15.   card->cid.year  = UNSTUFF_BITS(resp, 8, 4) + 1997;  
  16.   return 0;  
  17. }  

五、 注册SD卡设备驱动

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  1. int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)  
  2.   
  3.   
  4.  /* mmc_alloc_card(host, &sd_type); 在mmc_sd_init_card()已完成 */  
  5.   
  6.  mmc_add_card(host->card);  
  7.   
  8.  ... ...  

上文已经提到，设备驱动程序都会通过alloc_xxx()和add_xxx()两步来注册驱动，其实质是调用/drivers/base/core.c里的device_initialize()和device_add()，device_add()完成建立kobject，sys文件，发送uevent，等工作。


六、拔出SD卡

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  1. void mmc_rescan(struct work_struct *work)  
  2.   
  3. struct mmc_host *host = container_of(work, struct mmc_host, detect.work);  
  4. mmc_bus_get(host);  
  5.   
  6. /* if there is a card registered, check whether it is still present */  
  7. if ((host->bus_ops != NULL) && host->bus_ops->detect && !host->bus_dead)  
  8.  host->bus_ops->detect(host);  
  9.   
  10. mmc_bus_put(host);  
  11.   
  12. ... ...  

这里的mmc_bus_get/put()，为SD总线加上一个自旋锁，规定同时只能有一个线程在SD总线上操作。


1、 bus_ops->detect()

       mmc_rescan()扫描SD总线，如果发现host->ops上赋了值，即之前已有SD卡注册过，就执行bus_ops->detect()操作去探测SD总线上是否还存在SD卡，如果不存在了，就执行bus_ops->remove()拔出SD卡。之前已经提到，这个bus_ops->detect()已在mmc_attach_sd()注册完成了。

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  1. static void mmc_sd_detect(struct mmc_host *host)  
  2. {  
  3.  mmc_claim_host(host);  
  4.   
  5.  /* 
  6.   * Just check if our card has been removed. 
  7.   */  
  8.  err = mmc_send_status(host->card, NULL);  
  9.   
  10.  mmc_release_host(host);  
  11.   
  12.  if (err) {  
  13.   mmc_sd_remove(host);  
  14.   
  15.   mmc_claim_host(host);  
  16.   mmc_detach_bus(host);  
  17.   mmc_release_host(host);  
  18.  }  
  19. }  

这里的mmc_claim_host(host)通过set_current_state(TASK_RUNNING);将当前进程设置为正在运行进程。

mmc_send_status()发送得到SD卡状态的请求，如果未能得到状态数据，则执行mmc_sd_remove(host)拔出SD卡。

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  1. int mmc_send_status(struct mmc_card *card, u32 *status)  
  2. {  
  3.  struct mmc_command cmd;  
  4.   
  5.  cmd.opcode = MMC_SEND_STATUS;    /* #define MMC_SEND_STATUS   13 */  
  6.  cmd.arg = card->rca << 16;  
  7.  cmd.flags = MMC_RSP_SPI_R2 | MMC_RSP_R1 | MMC_CMD_AC;  
  8.   
  9.  err = mmc_wait_for_cmd(card->host, &cmd, MMC_CMD_RETRIES);  
  10.   
  11.  if (err)                 
  12.   return err;           // 接收来自SD卡的response失败，即没有发现SD卡  
  13.  if (status)  
  14.   *status = cmd.resp[0];  
  15.   
  16.  return 0;  
  17.   
  18. }  


2、bus_ops->remove()

      拔出SD卡，其实就是注册SD卡驱动的反操作，实质就是执行device_del()和device_put()

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  1. static void mmc_sd_remove(struct mmc_host *host)  
  2. {  
  3.  mmc_remove_card(host->card);  
  4.  host->card = NULL;  
  5. }  
  6. void mmc_remove_card(struct mmc_card *card)  
  7. {  
  8.  if (mmc_card_present(card))  
  9.   device_del(&card->dev);  
  10.   
  11.  put_device(&card->dev);  
  12. }  

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简介&#xff1a;本文收集了我常用的JavaScript代码片段&#xff0c;欢迎提意见&#xff01; 大灰狼边敲门边说&#xff1a;“小兔子乖乖&#xff0c;把门儿开开&#xff01;” 小兔子听到后&#xff0c;连忙去开门&#xff1a;“来喽&#xff01;” 兔妈妈对小兔子喊道&#x…
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路由器开发（一）—— 路由器硬件结构及软件体系

路由器开发（一）—— 路由器硬件结构及软件体系

一、路由器的硬件构成 路由器主要由以下几个部分组成&#xff1a;输入/输出接口部分、包转发或交换结构部分&#xff08;switching fabric&#xff09;、路由计算或处理部分。如图所示 图1 路由器的基本组成 输入端口是物理链路和输入包的进口处。端口通常由线卡提供&#…
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路由器开发（二）—— 路由器工作原理

路由器开发（二）—— 路由器工作原理

当信息需要在两个网络之间传输时&#xff0c;常用路由器这种互连设备来负责数据的传输。路由器的主要工作是&#xff1a;路径的决定和数据包的转发&#xff08;从路由器一个接口输入&#xff0c;然后选择合适接口输出&#xff09;&#xff1b;维护路由表。 路由器工作的方式非常…
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Android颜色渐变的分隔线（ListView）

Android颜色渐变的分隔线（ListView）

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> shape.xml xx <?xml version"1.0" encoding"utf-8"?><shape xmlns:android"http://schemas.android.com/apk/res/android" > <gradient android:startColor&qu…
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项目实践中Linux集群的总结和思考

项目实践中Linux集群的总结和思考

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> 前言&#xff1a;作为一名Linux/unix系统工程师、项目实施工程师&#xff0c;这几年一直在涉及到对外项目&#xff0c;经手过许多小中型网站的架构&#xff0c;F5、LVS及Nginx接触的都比较多&#xff0c;我想一种比较通俗…
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路由器基础知识详解

路由器基础知识详解

第一章 网络互联 网络的根本目的非常简单&#xff1a;方便人们交换所获得的信息。但是网络的应用需求非常复杂&#xff1a;有的用户希望高带宽&#xff0c;但并不要求很长的传输距离&#xff1b;有的用户要求很长的距离&#xff0c;但对带宽要求很低&#xff1b;有的对网络的…
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事务与锁机制

事务与锁机制

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> 事务定义&#xff1a; 访问并可能更新数据库&#xff1a;一句或一组SQL&#xff0c;或者是一段程序&#xff0c;反正update了就是事务 ACID的4原则&#xff1a; 原子性&#xff1a; 一致性&#xff1a; 隔离性&#xff1…
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路由器 VS OSI七层模型

路由器 VS OSI七层模型

OSI Open Source Initiative&#xff08;简称OSI&#xff0c;有译作开放源代码促进会、开放原始码组织&#xff09;是一个旨在推动开源软件发展的非盈利组织。OSI参考模型&#xff08;OSI/RM&#xff09;的全称是开放系统互连参考模型&#xff08;Open System Interconnection …
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Linux Wireless架构总结

Linux Wireless架构总结

1、无线网络驱动(ath9k_htc) ath9k_htc是一个基于USB接口的SoftMAC无线网络适配器。为了其驱动能正常工作&#xff0c;首先必须调用usb_register来注册驱动定义的usb_driver&#xff0c;以借助USB Core的力量来处理与USB协议相关的事件。其代码如下&#xff1a;[cpp] view plai…
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MySQL 日志文件 说明

MySQL 日志文件 说明

MySQL 5.5 官方文档上有关日志的分类&#xff1a;By default, nologs are enabled. The following log-specific sections provide information about the server options that enable logging.--默认情况下&#xff0c;没有启动任何log&#xff0c;可以通过如下log 选项来启动…
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Linux 下wifi 驱动开发（四）—— USB接口WiFi驱动浅析

Linux 下wifi 驱动开发（四）—— USB接口WiFi驱动浅析

前面学习了SDIO接口的WiFi驱动&#xff0c;现在我们来学习一下USB接口的WiFi驱动&#xff0c;二者的区别在于接口不同。而USB接口的设备驱动&#xff0c;我们前面也有学习&#xff0c;比如USB摄像头驱动、USB鼠标驱动&#xff0c;同样都符合LinuxUSB驱动结构&#xff1a; USB设…
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Linux 下wifi 驱动开发（三）—— SDIO接口WiFi驱动浅析

Linux 下wifi 驱动开发（三）—— SDIO接口WiFi驱动浅析

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&#xff0c;内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈&#xff0c;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&#xff0c;兼容SD、MMC接口等特点。 对于SDIO接口的w…
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Erlang并发机制 –进程调度

Erlang并发机制 –进程调度

2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> Erlang调度器主要完成对Erlang进程的调度&#xff0c;它是Erlang实现软件实时和进程之间公平使用CPU的关键。Erlang运行时&#xff0c;有4种任务需要被调度&#xff1a;进程&#xff0c;Port&#xff0c;Linked-in drive…
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