Linux MMC/SD/SDIO体系结构

有关MMC/SD/SDIO相关的知识这里就不多讲了，请参考相关资料。这里主要涉及Linux下MMC相关内容。
 
内核版本(2.6.36)
 
首先说一下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。
 
分别位置如下：
 
include/linux/mmc
 
drivers/mmc
 

要阅读MMC相关代码就必须要看这两个目录。在drivers/mmc目录下分别有三个子目录，其将对应接下来要讲的MMC的体系结构。这三个子目录分别为：
 
 card
 core
 host
 
它们的内容后面讲到体系结构时自然就明了了。
 现在来说说MMC的体系结构，其分为三层

        /dev下设备文件访问MMC/SD/SDIO
用户空间             |
---------------------|-----------------------------------------------------
内核空间            / /
         MMC Card层(对应具体的设备驱动，如MMC/SD卡块设备驱动，SDIO UART)
                     |
                    / /
          MMC core层(为上次设备驱动实现提供操作接口，和下层host注册提供机制)
                     |
                    / /
           Host层(具体MMC/SD/SDIO控制器驱动层。如S3C2440 MMC/SD控制器驱动)
                     |
                    / /
-----------------------------------------------------------------------------
                    硬件层

对于我们来说，编写MMC/SD卡相关驱动主要涉及的就是Host层，其余层不用考虑。对于SDIO设备除了Host层以外，还有可能要编写MMC Card层的设备驱动。

编写Host层驱动，主要是填充mmc_host结构体相关内容和实现mmc_host_ops结构体中的函数。最后调用mmc_add_host向MMC core注册host驱动。可以参考S3C24XX的HOST驱动程序(drivers/mmc/host/s3cmci.c,s3cmci.h),上层MMC Core主要调用mmc_host_ops中的函数来实现与硬件交互。如下是mmc_host_ops结构体里面的函数：
  struct mmc_host_ops {
    /*使能和禁止HOST控制器*/
    int (*enable)(struct mmc_host *host);
    int (*disable)(struct mmc_host *host, int lazy);
   
        /*这个是关键的函数，所有对MMC/SD的操作，包括发命令和读数据，都通过该接口来实现，所以实现该接口时要处理是命令还是数据操作，另外要考虑是否使用DMA来进行数据传输。*/
    void    (*request)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req);

        /*用来设置MMC/SD的时钟，电压等操作*/
    void    (*set_ios)(struct mmc_host *host, struct mmc_ios *ios);

        /*检查MMC/SD是否写保护了*/
    int    (*get_ro)(struct mmc_host *host);

        /*检查mmc/sd的插入和拔出*/
    int    (*get_cd)(struct mmc_host *host);

    void    (*enable_sdio_irq)(struct mmc_host *host, int enable);

    /* optional callback for HC quirks */
    void    (*init_card)(struct mmc_host *host, struct mmc_card *card);
};

http://www.linuxidc.com/Linux/2011-02/32646.htm对S3C2440的HOST驱动进行了详细的分析。

接下来说说MMC Core层。
该层主要实现了几个结构体函数指针，用来构建整个MMC设备驱动模型。它们是：
struct bus_type mmc_bus_type  /*mmc总线，用来管理sd/mmc卡设备和驱动*/

 

 

struct mmc_bus_ops mmc_ops    /*MMC卡总线操作函数，主要是在电源管理方面*/
struct mmc_bus_ops mmc_sd_op  /*SD卡总线操作函数，主要是在电源管理方面*/
struct mmc_bus_ops mmc_sdio_ops  /*SDIO总线操作函数，主要是在电源管理方面*/
struct bus_type sdio_bus_type  /*SDIO另外定义了一条总线*/

core.c文件中实现了几个关键的函数，用来提供给上层MMC Card调用和对SD/MMC卡的侦测函数以及初始化。

供给上层MMC Card调用主要有：
void mmc_wait_for_req(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq);
int mmc_wait_for_cmd(struct mmc_host *host, struct mmc_command *cmd, int retries);
mmc card层就是通过这些函数来操作mmc/sd卡。而这些函数最终调用的是mmc_host_ops 结构体中的request函数来进行具体的操作。

对SD/MMC卡的侦测函数以及初始化，主要实现在
void mmc_rescan(struct work_struct *work)；
函数中。
host层在调用mmc_add_host时会引发该函数的调用，侦测/初始化顺序为：
  先SDIO接口
  /*
     * First we search for SDIO...
     */
    err = mmc_send_io_op_cond(host, 0, &ocr);
    if (!err) {
        if (mmc_attach_sdio(host, ocr)) {
   ...

在SD:
  /*
     * ...then normal SD...
     */
    err = mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);
    if (!err) {
        if (mmc_attach_sd(host, ocr))

最后是MMC：
 /*
     * ...and finally MMC.
     */
    err = mmc_send_op_cond(host, 0, &ocr);
    if (!err) {
        if (mmc_attach_mmc(host, ocr))

其中mmc_attach_xxx函数就是用来完成侦测和初始化的，选择相应的总线操作函数，并产生struct mmc_card结构体，并填充其内容，最后注册一个mmc_card(代表着一个设备)，并在注册中由mmc_bus_type结构体的match和probe函数来查找到适合该设备的驱动(这个又牵涉到设备驱动模型，可以查看设备驱动模型相关内容，了解设备和驱动匹配的过程)，这里将匹配到mmc card层的MMC_Block(MMC块设备驱动程序，由 struct mmc_driver代表)。在完成设备侦测和初始化以后，以后的操作就是mmc card层中相关的设备驱动程序发出的了。

再说说MMC card层，该层主要实现具体的设备驱动程序，如MMC块设备驱动程序，通过mmc_register_driver注册。如果是SDIO就有可能是其它字符设备驱动程序了，其通过调用sdio_register_driver来注册设备驱动。

总体概括来说：
host层提供驱动相关MMC/SD/SDIO控制器的功能。
Core层提供了具体MMC/SD/SDIO设备侦测和初始化功能，以及电源管理方面的内容和通用的操作功能。
Card为实现具体的设备驱动层。
这样的分层结构在Linux设备驱动中非常常见，如I2C,SPI等都提供了这样的驱动模型。

最后简单说说SDIO相关部分。在core层注册了新的sdio_bus_type总线，并且定义了新的sdio_driver来代表sdio设备驱动，并定义了struct sdio_func来代表设备。所以在SDIO设备除了struct mmc_card来代表设备以外，还有struct sdio_func来代表具体功能设备。所以在mmc_attach_sdio函数中除了注册mmc_card以外，还注册了sdio_func。具体代码如下：
int mmc_attach_sdio(struct mmc_host *host, u32 ocr)
{
   ....
  /*
     * First add the card to the driver model...
     */
    err = mmc_add_card(host->card);
    if (err)
        goto remove_added;

    /*
     * ...then the SDIO functions.
     */
    for (i = 0;i < funcs;i++) {
        err = sdio_add_func(host->card->sdio_func[i]);
        if (err)
            goto remove_added;
    }
    ....
}
所以它除了调用mmc_bus_type结构体的match和probe函数来查找到适合该设备的驱动外，也调用sdio_bus_type结构体的match和probe函数来查找到适合该设备的驱动。