内容来自以下博客:
http://blog.csdn.net/qianjin0703/article/details/5918041 Linux设备驱动子系统第二弹 - SD卡 (有介绍SD卡硬件)
一、先来一些简单硬件知识:
MMC:MMC就是 MultiMediaCard 的缩写,即多媒体卡
SD:SD卡为Secure Digital Memory Card, 即安全数码卡,(另TF卡又称microSD)
SDIO:SDIO是在SD标准上定义了一种外设接口
MCI:MCI是Multimedia Card Interface的简称,即多媒体卡接口。上述的MMC,SD,SDI卡定义的接口都属于MCI接口
SD卡引脚:
一根指令线CMD,4根数据线DAT0~DAT3,一个 SDCARD_DET_N 检测引脚
SD卡内部有7个寄存器
OCR,CID,CSD和SCR寄存器保存卡的配置信息
RCA寄存器保存着通信过程中卡当前暂时分配的地址(只适合SD模式)
卡状态(Card Status)和SD状态(SD Status)寄存器保存着卡的状态
OCR寄存器保存着SD/MMC卡的供电电允许范围
CID为一个16个字节的寄存器,该寄存器包含一个独特的卡标识号
CSD寄存器(卡特殊数据寄存器)包含访问卡存储时需要的相关信息
SD卡命令共分为12类,分别为class0到Class11
CMD0:复位SD 卡
CMD1:读OCR寄存器
...
二、好,开始软件部分了。
Linux相关MMC的代码分布,主要有两个目录,一个头文件目录和一个源代码目录
头文件目录:include/linux/mmc
源代码目录:drivers/mmc
mmc驱动共分为三个目录:card/、core/、host/
card:块设备的驱动程序。这部分就是实现了将SD卡如何实现为块设备的
core:总线驱动程序。这是整个MMC的核心层,这部分完成了不同协议和规范的实现,并且为HOST层的驱动提供接口函数
host:通讯接口驱动。针对不同主机的驱动程序,这一部分需要根据自己的特定平台来完成
MMC/SD卡的驱动被分为:卡识别阶段和数据传输阶段
卡识别阶段:空闲(idle)、准备(ready)、识别(ident)、等待(stby)、不活动(ina)
数据传输阶段:发送(data)、传输(tran)、接收(rcv)、程序(prg)、断开连接(dis)
在实际驱动开发中,只需要在host文件夹下实现你具体的MMC/SD设备驱动部分代码,
也就是控制器(支持对MMC/SD卡的控制,俗称MMC/SD主机控制器)和SDI控制器与MMC/SD卡的硬件接口电路
其实SD驱动一共就做了两件事件:
1).卡的检测。(初始化sd卡)
2).卡数据的读取:
写sd卡:POLL、中断、DMA
读sd卡:POLL、中断、DMA
可以从以下几个方面理解驱动:
1、 msm_sdcc.c代码初始化过程;
2、 SD卡块设备注册过程;
3、 request及数据传输的实现
SD 传输模式有以下 3 种:
SPI mode (required )
1-bit mode
4-bit mode
开始上代码
三、重要的结构体
卡控制器 kernel/include/linux/mmc/host.h struct mmc_host { const struct mmc_host_ops *ops; // SD卡主控制器的操作函数,即该控制器所具备的驱动能力 struct mmc_ios ios; // 配置时钟、总线、电源、片选、时序等 truct mmc_card *card; // 连接到此主控制器的SD卡设备 const struct mmc_bus_ops *bus_ops; // SD总线驱动的操作函数,即SD总线所具备的驱动能力 ... } 卡控制器操作集 用于从主机控制器向 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,就是这个 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 struct mmc_host_ops { -----------------非常重要 int (*enable)(struct mmc_host *host); //使能和禁止HOST控制器 int (*disable)(struct mmc_host *host); void (*request)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req); //核心函数,用于SD卡命令的传输,比如发送和接收命令,CMD0,CMD8,ACMD41诸如此类的都是在这个函数去实现 void (*set_ios)(struct mmc_host *host, struct mmc_ios *ios); //配置时钟、总线、电源、片选、时序等 int (*get_ro)(struct mmc_host *host); //用于检测SD卡的写保护是否打开 int (*get_cd)(struct mmc_host *host); //用于SD卡的检测,是否有卡插入和弹出 void (*enable_sdio_irq)(struct mmc_host *host, int enable); //开启sdio中断 ... } 控制器对卡的I/O状态 struct mmc_ios { } 描述卡 kernel/include/linux/mmc/card.h struct mmc_card { } 读写MMC卡的请求 包括命令,数据以及请求完成后的回调函数 struct mmc_request { struct mmc_command *sbc; /* SET_BLOCK_COUNT for multiblock */ struct mmc_command *cmd; struct mmc_data *data; struct mmc_command *stop; struct completion completion; void (*done)(struct mmc_request *);/* completion function */ struct mmc_host *host; }; MMC卡读写的数据相关信息 如:请求,操作命令,数据以及状态等 struct mmc_data { } MMC卡操作相关命令及数据,状态信息等 一条指令command共48位,其中command index指代这条具体的指令名称,argument为该指令的参数 struct mmc_command { u32 opcode; //对应command index u32 arg; // 对应argument u32 resp[4]; // 对应response ... } 描述mmc卡驱动 struct mmc_driver { struct device_driver drv; int (*probe)(struct mmc_card *); void (*remove)(struct mmc_card *); int (*suspend)(struct mmc_card *); int (*resume)(struct mmc_card *); void (*shutdown)(struct mmc_card *); }; 总线操作结构 由于mmc卡支持多种总数据线,如SPI、SDIO、8LineMMC,而不同的总线的操作控制方式不尽相同,所以通过此结构与相应的总线回调函数相关联 struct mmc_bus_ops { void (*remove)(struct mmc_host *); //拔出SD卡的回调函数 void (*detect)(struct mmc_host *); //探测SD卡是否还在SD总线上的回调函数,具体实现是发送CMD13命令,并读回响应,如果响应错误,则依次调用.remove、detach_bus来移除卡及释放总线 ... };
1. platform bus //MMC host controller 作为一种 platform device, 它是需要注册到 platform bus上 的 driver/base/platform.c struct bus_type platform_bus_type = { .name = "platform", .dev_attrs = platform_dev_attrs, .match = platform_match, .uevent = platform_uevent, .pm = &platform_dev_pm_ops, }; 2. mmc bus type //在mmc_init()中被创建的.通过调用 mmc_register_bus() 来注册 MMC 总线 drivers\mmc\core\bus.c static struct bus_type mmc_bus_type = { .name = "mmc", .dev_attrs = mmc_dev_attrs, .match = mmc_bus_match, .uevent = mmc_bus_uevent, .probe = mmc_bus_probe, .remove = mmc_bus_remove, .shutdown = mmc_bus_shutdown, .pm = &mmc_bus_pm_ops, }; 3. sdio bus type //在mmc_init()中被创建的.通过调用sdio_register_bus() 来注册 SDIO 总线 drivers\mmc\core\sdio_bus.c 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, };对于 platform bus 上的设备,通常初始化的流程是:
1. 注册 platform device board-9625.c (arch\arm\mach-msm) void __init msm9625_init(void) board_dt_populate(msm9625_auxdata_lookup) of_platform_populate(of_find_node_by_path("/soc"),of_default_bus_match_table, adata, NULL); kernel\arch\arm\boot\dts\msm9625.dtsi sdcc2: qcom,sdcc@f98a4000 { cell-index = <2>; /* SDC2 SD card slot */ compatible = "qcom,msm-sdcc"; ... } 2. 注册 platform driver: driver/mmc/host/msm_sdcc.c static int __init msmsdcc_init(void) platform_driver_register(&msmsdcc_driver);
kernel启动时,先后执行 mmc_init() 及 mmc_blk_init() ,以对mmc设备及mmc块模块进行初始化
mmc/core/core.c static int __init mmc_init(void) workqueue = alloc_ordered_workqueue("kmmcd", 0);//建立了一个工作队列workqueue,这个工作队列的作用主要是用来支持热插拔 ret = mmc_register_bus();//注册一个mmc总线 ret = mmc_register_host_class();//注册了一个 mmc_host 类 ret = sdio_register_bus();//注册了一个 sdio_bus_type ******* mmc/card/block.c static int __init mmc_blk_init(void) res = register_blkdev(MMC_BLOCK_MAJOR, "mmc");//注册一个块设备 res = mmc_register_driver(&mmc_driver);//注册一个mmc设备驱动 static struct mmc_driver mmc_driver = .probe = mmc_blk_probe, static int mmc_blk_probe(struct mmc_card *card) mmc_set_bus_resume_policy(card->host, 1);//*host 该指针指向一个mmc主机实例,块设备中的读写操作就是调用这个mmc主机的操作函数host->ops->request来实现对实际硬件的操作。
kernel\arch\arm\configs\msm9625_defconfig CONFIG_MMC_MSM=y kernel\drivers\mmc\host\Makefile obj-$(CONFIG_MMC_MSM) += msm_sdcc.o msm_sdcc.c (drivers\mmc\host) //系统初始化时扫描 platform 总线上是否有名为该SD主控制器名字"msm_sdcc"的设备,如果有, 驱动程序将主控制器挂载到 platform 总线上,并注册该驱动程序 static int __init msmsdcc_init(void) platform_driver_register(&msmsdcc_driver); //注册 platform driver static struct platform_driver msmsdcc_driver = { .probe = msmsdcc_probe, .remove = msmsdcc_remove, .driver = { .name = "msm_sdcc", .pm = &msmsdcc_dev_pm_ops, .of_match_table = msmsdcc_dt_match, }, }; //整个设备驱动的 probe()函数,其本质就是是为设备建立起数据结构并对其赋初值 //msmsdcc_probe 所有赋值中,我们重点关注从 platform_device *pdev里得到的数据,即设备树里的数据 //platform_device *pdev是在系统初始化的时候扫描 platform 总线发现SD主控制器后所得到的数据 static int msmsdcc_probe(struct platform_device *pdev) { //初始化设备的数据结构 if (pdev->dev.of_node) { plat = msmsdcc_populate_pdata(&pdev->dev); //获取设备树信息 of_property_read_u32((&pdev->dev)->of_node,"cell-index", &pdev->id); } else { plat = pdev->dev.platform_data; } //为主设备控制器建立数据结构,建立kobject,并初始化等待队列,工作队列,以及一些控制器的配置 mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct msmsdcc_host), &pdev->dev); ---- 1 //实现设备驱动的功能函数,如mmc->ops = &pxamci_ops; mmc->ops = &msmsdcc_ops; //申请中断函数 request_irq() ret = request_irq(core_irqres->start, msmsdcc_irq, IRQF_SHARED,DRIVER_NAME " (cmd)", host); //注册设备,即注册kobject,建立sys文件,发送uevent等 mmc_add_host(mmc); ---- 2 //其他需求,如在/proc/driver下建立用户交互文件等 ret = device_create_file(&pdev->dev, &host->auto_cmd21_attr); }此时probe函数会创建一个host设备,然后开启一个延时任务 mmc_rescan()
1: core/host.c //重要函数mmc_alloc_host , 用于分配mmc_host结构体指针的内存空间大小 struct mmc_host *mmc_alloc_host(int extra, struct device *dev)----创建一个 mmc_host 和 mmc_spi_host ,且mmc_host的最后一个成员指针private指向mmc_spi_host //建立数据结构 struct mmc_host *host; host = kzalloc(sizeof(struct mmc_host) + extra, GFP_KERNEL); //建立kobject host->parent = dev; host->class_dev.parent = dev; host->class_dev.class = &mmc_host_class; device_initialize(&host->class_dev); //初始化等待队列,工作队列 init_waitqueue_head(&host->wq); INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan); //建立了一个工作队列任务 structdelayed_work detect。工作队列任务执行的函数为mmc_rescan //配置控制器 host->max_segs = 1; host->max_seg_size = PAGE_CACHE_SIZE; return host;
core/core.c //mmc_rescan 函数是需要重点关注的,因为SD卡协议中的检测,以及卡识别等都是在此函数中实现 void mmc_rescan(struct work_struct *work) if (host->bus_ops && host->bus_ops->detect && !host->bus_dead && !(host->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE)) //存在热插拔卡,不包括emmc,调用探测函数 host->bus_ops->detect(host); mmc_bus_put(host); //减少引用技术,就释放 mmc_bus_get(host); //增加bus引用计数 if (host->bus_ops != NULL) { mmc_bus_put(host); //如果卡仍然存在,减少引用计数,不必探测了 goto out; } if (host->ops->get_cd && host->ops->get_cd(host) == 0) //有卡,退出 goto out; mmc_claim_host(host); //用于检测host是否被占用,占用则退出,否则标记成占用 if (!mmc_rescan_try_freq(host, host->f_min))
static int mmc_rescan_try_freq(struct mmc_host *host, unsigned freq) host->f_init = freq; //设置某一个时钟频率 mmc_power_up(host); //与 mmc_power_off 类似,不过设置了启动时需要的 ios mmc_go_idle(host); ----1a //CMD0 ,SD卡从 inactive 到 idle mmc_send_if_cond(host, host->ocr_avail);//检测SD卡是否支持SD2.0 if (!mmc_attach_sd(host)) ----1b //然后对mmc或者sd发送一些命令进行探测,这里以 sd 为例 1a: int mmc_go_idle(struct mmc_host *host) struct mmc_command cmd = {0}; cmd.opcode = MMC_GO_IDLE_STATE; //即CMD0 cmd.arg = 0; //此命令无参数 err = mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, 0) int mmc_wait_for_cmd(struct mmc_host *host, struct mmc_command *cmd, int retries) memset(cmd->resp, 0, sizeof(cmd->resp)); //调用了 mmc_start_request, cmd->retries = retries; mrq.cmd = cmd; mmc_wait_for_req(host, &mrq); void mmc_wait_for_req(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq) ----重要函数 __mmc_start_req(host, mrq); static int __mmc_start_req(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq) mmc_start_request(host, mrq); static void mmc_start_request(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq) host->ops->request(host, mrq); //即 msmsdcc_request, MMC 核心与核HOST 层握手了 1b: core/mmc.c int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host) //完成匹配,和初始化卡的功能 err = mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr); ----1b1 //检测是否是支持SD卡 host->ocr = mmc_select_voltage(host, ocr); //设置MMC电压 err = mmc_init_card(host, host->ocr, NULL); //对mmc卡进行初始化,主要是读取mmc卡里的一些寄存器信息,且对这些寄存器的值进行设置 err = mmc_sd_init_card(host, host->ocr, NULL); ----1b2 err = mmc_add_card(host->card); ----1b3 //调用 mmc_add_card 来把 mmc_card 挂载到 mmc_bus_type 总线去 1b1: int mmc_send_app_op_cond(struct mmc_host *host, u32 ocr, u32 *rocr) cmd.opcode = SD_APP_OP_COND; //ACMD41,获取 SDcard 的允许电压范围值,保存在 ocr 中. 所有发送它之前需要发送 CMD_55 命令。执行完后 card 状态变为 READY 1b2: static int mmc_sd_init_card(struct mmc_host *host, u32 ocr,struct mmc_card *oldcard) err = mmc_sd_get_cid(host, ocr, cid, &rocr); //发送 CMD2 ,获取卡的身份信息,进入到身份状态 card = mmc_alloc_card(host, &sd_type); //分配一张 SD 类型的 card 结构 err = mmc_send_relative_addr(host, &card->rca); //获取卡的相对地址,注意一前卡和主机通信都采用默认地址,现在有了自己的地址了,进入到 stand_by 状态 err = mmc_sd_get_csd(host, card); ----mmc_send_csd(card, card->raw_csd);//CMD9, 获取 CSD 寄存器的信息,包括 block 长度,卡容量等信息 err = mmc_select_card(card); //发送 CMD7, 选中目前 RADD 地址上的卡,任何时候总线上只有一张卡被选中,进入了传输状态 err = mmc_sd_setup_card(host, card, oldcard != NULL); int mmc_sd_setup_card(struct mmc_host *host, struct mmc_card *card,bool reinit) mmc_app_send_scr(card, card->raw_scr); //发送命令 ACMD51 获取 SRC 寄存器的内容,进入到 SENDING-DATA 状态 if (host->ops->get_ro(host) > 0 ) // get_ro(host) 即是 msmsdcc_get_ro mmc_card_set_readonly(card); //是否写保护,如果是的,将 card 状态设置为只读状态 1b3: core/bus.c int mmc_add_card(struct mmc_card *card) // /sys/devices/msm_sdcc.2/mmc_host/mmc0 ret = device_add(&card->dev); drivers/base/core.c int device_add(struct device *dev) dev_set_name(dev, "%s%u", dev->bus->dev_name, dev->id); // bus_probe_device(dev); void bus_probe_device(struct device *dev) if (bus->p->drivers_autoprobe) ret = device_attach(dev); //这样,在总线 mmc_bus_type 中就有了 mmc 设备 mmc_card 了 *********** 2: //完成kobject的注册,并调用 mmc_rescan,目的在于在系统初始化的时候就扫描SD总线查看是否存在SD卡 int mmc_add_host(struct mmc_host *host) err = device_add(&host->class_dev);//将设备注册进linux设备模型,最终的结果就是在 sys/bus/platform/devices 目录下能见到 mmc 设备节点 mmc_start_host(host); void mmc_start_host(struct mmc_host *host) mmc_power_off(host); ----2a mmc_detect_change(host, 0); ----2b 2a: void mmc_power_off(struct mmc_host *host) host->ios.power_mode = MMC_POWER_OFF; //对 ios 进行了设置 ... mmc_set_ios(host); void mmc_set_ios(struct mmc_host *host) host->ops->set_ios(host, ios); // set_ios 实际上就是 mmc_host_ops 的 .set_ios = msmsdcc_set_ios, 2b: void mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay) mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay); //实际上就是调用我们前面说的延时函数 mmc_rescan
struct mmc_host_ops { //用于SD卡命令的传输,比如发送和接收命令,CMD0,CMD8,ACMD41诸如此类的都是在这个函数去实现 void (*request)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req); } static const struct mmc_host_ops msmsdcc_ops = { .enable = msmsdcc_enable, .disable = msmsdcc_disable, .pre_req = msmsdcc_pre_req, .post_req = msmsdcc_post_req, .request = msmsdcc_request, .set_ios = msmsdcc_set_ios, .get_ro = msmsdcc_get_ro, .enable_sdio_irq = msmsdcc_enable_sdio_irq, .start_signal_voltage_switch = msmsdcc_switch_io_voltage, .execute_tuning = msmsdcc_execute_tuning, .hw_reset = msmsdcc_hw_reset, .stop_request = msmsdcc_stop_request, .get_xfer_remain = msmsdcc_get_xfer_remain, .notify_load = msmsdcc_notify_load, }; /*这个函数实现了命令和数据的发送和接收, 当 CORE 部分需要发送命令或者传输数据时,都会调用这个函数,并传递 mrq 请求*/ static void msmsdcc_request(struct mmc_host *mmc, struct mmc_request *mrq) mmc_request_done(mmc, mrq); // 如果卡不存在,就终止请求 msmsdcc_request_start(host, mrq); static void msmsdcc_request_start (struct msmsdcc_host *host, struct mmc_request *mrq) if ((mrq->data->flags & MMC_DATA_READ) ||host->curr.use_wr_data_pend) //判断发送数据还是命令 msmsdcc_start_data(host, mrq->data,mrq->sbc ? mrq->sbc : mrq->cmd,0); //发送数据 else msmsdcc_start_command(host,mrq->sbc ? mrq->sbc : mrq->cmd,0); //发送命令 static void msmsdcc_start_data(struct msmsdcc_host *host, struct mmc_data *data,struct mmc_command *cmd, u32 c) //对某些 寄存器进行设置, 使能某些中断, 如 pio_irqmask ... if (is_dma_mode(host) && (datactrl & MCI_DPSM_DMAENABLE)) //采用 DMA 进行数据传输还是采用 FIFO 进行数据传输 msmsdcc_start_command_deferred(host, cmd, &c); //启动了数据传输模式 else msmsdcc_start_command(host, cmd, c) static void msmsdcc_start_command(struct msmsdcc_host *host, struct mmc_command *cmd, u32 c) { msmsdcc_start_command_deferred(host, cmd, &c); msmsdcc_start_command_exec(host, cmd->arg, c); } static void msmsdcc_start_command_deferred(struct msmsdcc_host *host,struct mmc_command *cmd, u32 *c) cmd->opcode ----对应SD卡命令 ,如 CMD0:复位SD 卡
1.中断
在probe 中有三个中断函数:
ret = request_irq(core_irqres->start, msmsdcc_irq, IRQF_SHARED, DRIVER_NAME " (cmd)", host); //命令中断 ret = request_irq(core_irqres->start, msmsdcc_pio_irq, IRQF_SHARED, DRIVER_NAME " (pio)", host);//IO中断 ret = request_irq(plat->sdiowakeup_irq,msmsdcc_platform_sdiowakeup_irq,IRQF_SHARED | IRQF_TRIGGER_LOW, DRIVER_NAME "sdiowakeup", host);
//真正的 SD 卡检测中断: ret = request_threaded_irq(plat->status_irq, NULL,msmsdcc_platform_status_irq, plat->irq_flags, DRIVER_NAME " (slot)", host); //在 msmsdcc_probe 中调用 msmsdcc_populate_pdata 获取设备树信息: static struct mmc_platform_data *msmsdcc_populate_pdata(struct device *dev) msmsdcc_dt_parse_gpio_info(dev, pdata) //获取设备树种 GPIO 信息 static int msmsdcc_dt_parse_gpio_info(struct device *dev, struct mmc_platform_data *pdata) msmsdcc_dt_get_cd_wp_gpio(dev, pdata); static void msmsdcc_dt_get_cd_wp_gpio(struct device *dev, struct mmc_platform_data *pdata) pdata->status_gpio = of_get_named_gpio_flags(np,"cd-gpios", 0, &flags); //获取中断的 gpio pdata->status_irq = platform_get_irq_byname(pdev, "status_irq"); //获取 status_irq 的中断名 //设备树里关于中断的信息: apps_proc\kernel\arch\arm\boot\dts\msm9625.dtsi interrupt-names = "core_irq", "bam_irq", "status_irq"; cd-gpios = <&msmgpio 66 0>; static irqreturn_t msmsdcc_platform_status_irq(int irq, void *dev_id) msmsdcc_check_status((unsigned long) host); static void msmsdcc_check_status(unsigned long data) if (host->plat->status || gpio_is_valid(host->plat->status_gpio)) //检测 GPIO 的状态 mmc_detect_change(host->mmc, 0); void mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay) mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay);2.轮询:
Msm_sdcc.c (drivers\mmc\host) static int msmsdcc_probe(struct platform_device *pdev) mmc->caps |= MMC_CAP_NEEDS_POLL; //设置轮询标志 core/core.c void mmc_rescan(struct work_struct *work) out: if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL) mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);//轮询
初始化:
卡识别:
数据传输:
request