linux emmc子系统,Linux eMMC子系统之主机控制器驱动

1. 前言

本文是Linux MMC framework的第二篇，将从驱动工程师的角度，介绍MMC host controller driver有关的知识，学习并掌握如何在MMC framework的框架下，编写MMC控制器的驱动程序。同时，通过本篇文章，我们会进一步的理解MMC、SD、SDIO等有关的基础知识。

2. MMC host驱动介绍

MMC的host driver，是用于驱动MMC host控制器的程序，位于“drivers/mmc/host”目录。从大的流程上看，编写一个这样的驱动非常简单，只需要三步：

1)调用mmc_alloc_host，分配一个struct mmc_host类型的变量，用于描述某一个具体的MMC host控制器。

2)根据MMC host控制器的硬件特性，填充struct mmc_host变量的各个字段，例如MMC类型、电压范围、操作函数集等等。

3)调用mmc_add_host接口，将正确填充的MMC host注册到MMC core中。

当然，看着简单，一牵涉到实现细节，还是很麻烦的，后面我们会慢慢分析。

注1：分析MMC host driver的时候，Linux kernel中有大把大把的例子(例如drivers/mmc/host/pxamci.c)，大家可尽情参考、学习，不必谦虚(这是学习Linux的最佳方法)。

注2：由于MMC host driver牵涉到具体的硬件controller，分析的过程中需要一些具体的硬件辅助理解，本文将以“X Project”所使用Bubblegum-96平台为例，具体的硬件spec可参考[1]。

3. 主要数据结构

3.1 struct mmc_host

MMC core使用struct mmc_host结构抽象具体的MMC host controller，该结构的定义位于“include/linux/mmc/host.h”中，它既可以用来描述MMC控制器所具有的特性、能力(host driver关心的内容)，也保存了host driver运行过程中的一些状态、参数(MMC core关心的内容)。需要host driver关心的部分的具体的介绍如下：

parent，一个struct device类型的指针，指向该MMC host的父设备，一般是注册该host的那个platform设备；

class_dev，一个struct device类型的变量，是该MMC host在设备模型中作为一个“设备”的体现。当然，人如其名，该设备从属于某一个class(mmc_host_class)；

ops，一个struct mmc_host_ops类型的指针，保存了该MMC host有关的操作函数集，具体可参考3.2小节的介绍；

pwrseq，一个struct mmc_pwrseq类型的指针，保存了该MMC host电源管理有关的操作函数集，具体可参考3.2小节的介绍；

f_min、f_max、f_init，该MMC host支持的时钟频率范围，最小频率、最大频率以及初始频率；

ocr_avail，该MMC host可支持的操作电压范围(具体可参考include/linux/mmc/host.h中MMC_VDD_开头的定义)；

注3：OCR(Operating CondiTIons Register)是MMC/SD/SDIO卡的一个32-bit的寄存器，其中有些bit指明了该卡的操作电压。MMC host在驱动这些卡的时候，需要和Host自身所支持的电压范围匹配之后，才能正常操作，这就是ocr_avail的存在意义。

ocr_avail_sdio、ocr_avail_sd、ocr_avail_mmc，如果MMC host针对SDIO、SD、MMC等不同类型的卡，所支持的电压范围不同的话，需要通过这几个字段特别指定。否则，不需要赋值(初始化为0)；

pm_noTIfy，一个struct noTIfier_block类型的变量，用于支持power management有关的noTIfy实现；

max_current_330、max_current_300、max_current_180，当工作电压分别是3.3v、3v以及1.8v的时候，所支持的最大操作电流(如果MMC host没有特别的限制，可以不赋值)；

caps、caps2，指示该MMC host所支持的功能特性，具体可参考3.4小节的介绍；

pm_caps，mmc_pm_flag_t类型的变量，指示该MMC host所支持的电源管理特性；

max_seg_size、max_segs、max_req_size、max_blk_size、max_blk_count、max_busy_timeout，和块设备(如MMC、SD、eMMC等)有关的参数，在古老的磁盘时代，这些参数比较重要。对基于MMC技术的块设备来说，硬件的性能大大提升，这些参数就没有太大的意义了。具体可参考5.2章节有关MMC数据传输的介绍；

lock，一个spin lock，是MMC host driver的私有变量，可用于保护host driver的临界资源；

ios，一个struct mmc_ios类型的变量，用于保存MMC bus的当前配置，具体可参考3.5小节的介绍；

supply，一个struct mmc_supply类型的变量，用于描述MMC系统中的供电信息，具体可参考3.6小节的介绍；

……

private，一个0长度的数组，可以在mmc_alloc_host时指定长度，由host controller driver自行支配。

3.2 struct mmc_host_ops

struct mmc_host_ops抽象并集合了MMC host controller所有的操作函数集，包括：

1)数据传输有关的函数

/*

* It is optional for the host to implement pre_req and post_req in

* order to support double buffering of requests (prepare one

* request while another request is active).

* pre_req() must always be followed by a post_req().

* To undo a call made to pre_req(), call post_req() with

* a nonzero err condition.

*/

void    (*post_req)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req,

int err);

void    (*pre_req)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req,

bool is_first_req);

void    (*request)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req);

pre_req和post_req是非必需的，host driver可以利用它们实现诸如双buffer之类的高级功能。

数据传输的主题是struct mmc_request类型的指针，具体可参考3.7小节的介绍。

2)总线参数的配置以及卡状态的获取函数

/*

* Avoid calling these three functions too often or in a "fast path",

* since underlaying controller might implement them in an expensive

* and/or slow way.

*

* Also note that these functions might sleep, so don't call them

* in the atomic contexts!

*

* Return values for the get_ro callback should be:

*   0 for a read/write card

*   1 for a read-only card

*   -ENOSYS when not supported (equal to NULL callback)

*   or a negative errno value when something bad happened

*

* Return values for the get_cd callback should be:

*   0 for a absent card

*   1 for a present c