Linux SD卡驱动开发(三) —— SD 卡驱动分析CORE篇

转载地址：https://blog.csdn.net/zqixiao_09/article/details/51042640

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

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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. }  

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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. }  

[cpp]  view plain  copy

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. }  

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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：

[cpp]  view plain  copy

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。

[cpp]  view plain  copy

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。

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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

[cpp]  view plain  copy

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。

[cpp]  view plain  copy

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。

[cpp]  view plain  copy

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()

[cpp]  view plain  copy

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. }