两年前实习时的文档——MMC学习总结

1概述

驱动程序实际上是硬件与应用程序之间的中间层。在Linux操作系统中，设备驱动程序对各种不同的设备提供了一致的訪问接口，把设备映射成一个特殊的设备文件，用户程序能够像其它文件一样对设备文件进行操作。

Linux2.6引入了新的设备管理机制kobject，通过这个数据结构使全部设备在底层都具有统一的接口，kobject提供主要的对象管理，是构成Linux2.6设备模型的核心结构，它与sysfs文件系统紧密联系，每一个在内核中注冊的kobject对象都相应于sysfs文件系统中的一个文件夹。

在这些内核对象机制的基础上，Linux的设备模型包含设备结构device、驱动程序driver、总线bus和设备类结构class几个关键组件。

一个现实的linux设备和驱动通常都须要挂接在一种总线上，比較常见的总线有USB、PCI总线等。可是，在嵌入式系统里面，SoC系统中集成的独立的外设控制器、挂接在SoC内存空间的外设却不依附于此类总线。基于这种背景下，2.6内核增加了platform虚拟总线。Platform机制将设备本身的资源注冊进内核，由内核统一管理，在驱动程序使用这些资源时使用统一的接口，这样提高了程序的可移植性。

Platform设备概念的引入是可以更好地描写叙述设备的资源信息。Platform设备是系统中自治的实体，包含基于port的设备、外围总线和集成入片上系统平台的大多数控制器，它们通常直接通过CPU的总线寻址。每一个platform设备被赋予一个名称，并分配一定数量的资源。

Platform总线对增加到该总线的设备和驱动分别封装了结构体——platform_device和platform_driver而且提供了相应的注冊函数。

图1 Platform虚拟总线

由上图可知，在platform虚拟总线上我们分别对device和driver进行注冊，这样我们可以更加方便的进行驱动设备的管理。这样当有总线或者设备注冊到该虚拟总线上时，内核自己主动的调用platform_match函数将platform_device绑定到platform_driver上。

2  SDIO启动过程

在kernel启动时，内核会自己主动的调用MODULE_INIT宏对模块进行载入，MODULE_INIT声明了模块的入口函数。在MMC中我们模块的运行顺序例如以下图所看到的：

图2 SDIO启动过程

在这个过程中内核首先调用xxx_init函数,init函数对device进行注冊，不管什么设备在内核中都会调用driver_register函数，driver_register函数经过一系列的调用，终于会调用探測函数probe（后面具体解说）。probe函数会对模块进行探測工作，不断的对SD/MMC/SDIO卡进行扫描。

3  platform相关

3.1  platform数据结构

Linux在启动的时候就注冊了platform总线，看内核源代码：

struct bus_type platform_bus_type = {

.name             ="platform",

.dev_attrs       = platform_dev_attrs,

.match            =platform_match,

.uevent           =platform_uevent,

.pm         =&platform_dev_pm_ops,

};

能够看到，总线中定义了.match函数，当有总线或者设备注冊到platform总线时，内核自己主动调用.match函数，推断device和driver的name是否一致。

platform_device的结构体定义例如以下：

struct platform_device {

constchar       * name;//设备名字，这将取代device->dev_id,用作sys/device下显示文件夹名

int          id;//设备ID，用于给插入该总线而且具有同样name的设备编号，假设仅仅有一个设备的话填-1

structdevice   dev;//结构体中内嵌的device结构体

u32         num_resources;//资源数

structresource * resource;//用于存放资源的数组

conststruct platform_device_id     *id_entry;

/*arch specific additions */

structpdev_archdata      archdata;

};

能够看出，在platform_device中定义了name，而且内嵌了structdevice结构体。另外，包括的structresource例如以下：

struct resource {

resource_size_tstart;

resource_size_tend;

constchar *name;

unsignedlong flags;

structresource *parent, *sibling, *child;

};

platform_driver的结构体定义例如以下：

struct platform_driver {

int(*probe)(struct platform_device *);

int(*remove)(struct platform_device *);

void(*shutdown)(struct platform_device *);

int(*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);

int(*resume)(struct platform_device *);

structdevice_driver driver;

conststruct platform_device_id *id_table;

};

能够看出，在platform_driver中内嵌了structdevice_driver，以及一些回调函数。structdevice_driver的详细定义例如以下：

struct device_driver {

constchar              *name;

int(*probe) (struct device *dev);

int(*remove) (struct device *dev);

void(*shutdown) (struct device *dev);

int(*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);

int(*resume) (struct device *dev);

conststruct attribute_group **groups;

conststruct dev_pm_ops *pm;

structdriver_private *p;

};

此处定义了name用于和platform_device匹配。由于platform_device和platform_driver的匹配就是通过内嵌的structdevice和structdevice_driver的name进行匹配的。

static int platform_match(structdevice *dev, struct device_driver *drv)

{

structplatform_device *pdev = to_platform_device(dev);

structplatform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);

/*match against the id table first */

if(pdrv->id_table)

returnplatform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;

/*fall-back to driver name match */

return(strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);

}

在数据结构设计上，总线、设备及驱动三者相互关联platform  device包括device，依据device能够获得对应的bus及driver。

设备加入到总线上之后形成一个双向循环链表，依据总线能够获得其上挂接的全部device，进而获得了platform  device。依据device也能够获得驱动该总线上全部设备对应的driver。Platform包括driver，依据driver获得对应的bus，进而获得bus上全部的device，进一步获得platformdevice。依据name对driver和platform  device进行匹配，匹配成功后将device与对应的driver关联起来，即实现了platformdevice与platformdriver的关联。

匹配成功后调用driver的probe进而调用platformdriver的probe，在probe里实现驱动特定的功能。

Match函数仅仅是简单的进行字符串匹配，这就是强调platformdevice和platform  driver中那么属性须要一致的原因。

3.2  platform device

3.2.1  register

注冊一个platform层的设备。注冊后，会在sys/device文件夹下创建一个以name命名的文件夹，而且创建软连接到/sys/bus/platform/device下。

int platform_device_register(structplatform_device *pdev)

{

device_initialize(&pdev->dev);

returnplatform_device_add(pdev);

}

当中，第一步device_initialize（在kernel目录下）用于初始化一个structdevice。函数的定义例如以下：

void device_initialize(struct device*dev)

{

dev->kobj.kset= devices_kset;

kobject_init(&dev->kobj,&device_ktype);

INIT_LIST_HEAD(&dev->dma_pools);

mutex_init(&dev->mutex);

lockdep_set_novalidate_class(&dev->mutex);

spin_lock_init(&dev->devres_lock);

INIT_LIST_HEAD(&dev->devres_head);

device_pm_init(dev);

set_dev_node(dev,-1);

}

第二步，加入一个platform device到device层 。函数的定义例如以下：

int platform_device_add(structplatform_device *pdev)

{

inti, ret = 0;

if(!pdev)

return -EINVAL;

if(!pdev->dev.parent)

pdev->dev.parent= &platform_bus;//假设p->dev.parent不存在则赋值&platform_bus

pdev->dev.bus= &platform_bus_type;//设置pdev->dev.bus的bus类型

if(pdev->id != -1)    //pdev->id!=-1说明存在多于一个的设备

dev_set_name(&pdev->dev,"%s.%d", pdev->name, pdev->id);

Else   //否则对唯一的设备进行命名

dev_set_name(&pdev->dev,"%s", pdev->name);

for(i = 0; i < pdev->num_resources; i++) {

//遍历资源而且资源增加到资源数组中

struct resource *p, *r =&pdev->resource[i];

if (r->name == NULL)

r->name= dev_name(&pdev->dev);

p = r->parent;

if (!p) {

if(resource_type(r) == IORESOURCE_MEM)

p = &iomem_resource;

elseif (resource_type(r) == IORESOURCE_IO)

p = &ioport_resource;

}

if (p && insert_resource(p, r)) {

printk(KERN_ERR

"%s: failed to claim resource%d\n",

dev_name(&pdev->dev), i);

ret= -EBUSY;

gotofailed;

}

}

pr_debug("Registeringplatform device '%s'. Parent at %s\n",

dev_name(&pdev->dev),dev_name(pdev->dev.parent));

ret= device_add(&pdev->dev);//（在core/core.c中定义）

if(ret == 0)

return ret;

failed:

while(--i >= 0) {

struct resource *r =&pdev->resource[i];

unsigned long type = resource_type(r);

if (type == IORESOURCE_MEM || type ==IORESOURCE_IO)

release_resource(r);

}

returnret;

}

3.2.2  unregister

platform_device_unregister用于注销一个platform-leveldevice。函数的定义例如以下：

voidplatform_device_unregister(struct platform_device *pdev)

{

platform_device_del(pdev);

platform_device_put(pdev);

}

在注销一个设备时，第一步调用platform_device_del函数。此函数的定义例如以下：

void platform_device_del(struct platform_device*pdev)

{

inti;

if(pdev) {

device_del(&pdev->dev);

//遍历全部的resource假设是IORESOURCE_MEM或者IORESOURCE_IO类型则调用release_resource函数释放掉resource。

for (i = 0; i <pdev->num_resources; i++) {

structresource *r = &pdev->resource[i];

unsignedlong type = resource_type(r);

if(type == IORESOURCE_MEM || type == IORESOURCE_IO)

release_resource(r);

}

}

}

此函数的作用是：移除一个platform-leveldevice。当中的IOSOURCE_MEM和IORESOURCE_IR是CPU对外设I/O端口物理地址的两种编制方式。Resource是一个指向platform资源数组的指针，该数组有num_resource个资源，以下是资源结构体的定义（linux/ioport.h）：

struct resource {

resource_size_tstart;  //起始地址

resource_size_tend;   //终止地址

constchar *name;     //名称

unsignedlong flags;    //标志

structresource *parent, *sibling, *child;

};

在structplatform_device中能够设置多种资源信息。资源的flags标志包含：

#define  IORESOURCE_IO      0x00000100   //IO资源

#define  IORESOURCE_MEM   0x00000200  //内存资源

#define  IORESOURCE_IRQ    0x00000400  //中断资源

#define  IORESOURCE_DMA   0x00000800  //DMA资源

第二步，调用platform_device_put函数。

void platform_device_put(structplatform_device *pdev)

{

if(pdev)

put_device(&pdev->dev);

}

销毁一个platformdevice，而且释放全部与这个platformdevice相关的内存。

3.3  platform driver

3.3.1  register

通过调用函数platform_driver_register实现为platformlevel的设备注冊一个驱动。注冊成功后，内核会在/sys/bus/platform/driver/文件夹下创建一个名字为driver->name的文件夹。详细的函数定义例如以下：

int platform_driver_register(structplatform_driver *drv)

{

drv->driver.bus= &platform_bus_type;

if(drv->probe)

drv->driver.probe =platform_drv_probe;

if(drv->remove)

drv->driver.remove =platform_drv_remove;

if(drv->shutdown)

drv->driver.shutdown =platform_drv_shutdown;

returndriver_register(&drv->driver);

}

此函数首先对struct  platform_driver变量的driver进行赋值。然后调用driver_register而且返回。driver_register函数的定义例如以下：

int driver_register(structdevice_driver *drv)

{

intret;

structdevice_driver *other;

BUG_ON(!drv->bus->p);

//假设driver的方法和总线上的方法不能匹配则驱动的名称须要更新

if((drv->bus->probe && drv->probe) ||

(drv->bus->remove &&drv->remove) ||

(drv->bus->shutdown &&drv->shutdown))

printk(KERN_WARNING "Driver '%s'needs updating - please use "

"bus_typemethods\n", drv->name);

other= driver_find(drv->name, drv->bus);

if(other) {

put_driver(other);

printk(KERN_ERR "Error: Driver '%s'is already registered, "

"aborting...\n",drv->name);

return -EBUSY;

}

ret= bus_add_driver(drv);//将驱动载入到总线上，假设成功就返回

if(ret)

return ret;

ret= driver_add_groups(drv, drv->groups);

if(ret)

bus_remove_driver(drv);

returnret;

}

3.3.2  unregister

通过调用函数platform_driver_unregister函数实现platform_driver级设备的注销。

void platform_driver_unregister(structplatform_driver *drv)

{

driver_unregister(&drv->driver);

}

在此函数中调用了driver_unregister函数，将驱动从系统中移除。函数的详细定义例如以下：

void driver_unregister(structdevice_driver *drv)

{

if(!drv || !drv->p) {

WARN(1, "Unexpected driverunregister!\n");

return;

}

driver_remove_groups(drv,drv->groups);

bus_remove_driver(drv);

}

分两步走，第一步调用driver_remove_groups。函数的详细定义例如以下：

static voiddriver_remove_groups(struct device_driver *drv,

const struct attribute_group **groups)

{

inti;

if(groups)

for (i = 0; groups[i]; i++)

sysfs_remove_group(&drv->p->kobj,groups[i]);

}

当中，调用了

static inline voidsysfs_remove_group(struct kobject *kobj,

const struct attribute_group *grp)

{

}

第二步从总线中将驱动删除。调用例如以下函数：

void bus_remove_driver(structdevice_driver *drv)

{

if(!drv->bus)

return;

if(!drv->suppress_bind_attrs)

remove_bind_files(drv);

driver_remove_attrs(drv->bus,drv);

driver_remove_file(drv,&driver_attr_uevent);

klist_remove(&drv->p->knode_bus);

pr_debug("bus:'%s': remove driver %s\n", drv->bus->name, drv->name);

driver_detach(drv);

module_remove_driver(drv);

kobject_put(&drv->p->kobj);

bus_put(drv->bus);

}

此函数的作用是：将驱动从它控制的设备中卸载，而且从驱动的总线链表中将它移除。

4probe函数

在kernel载入模块的时候启动了设备注冊函数，由于全部的设备的driver都继承自device_driver，所以从driver_register看起，函数的源代码例如以下：

int driver_register(structdevice_driver * drv)

{

 if ((drv->bus->probe &&drv->probe) ||

     (drv->bus->remove &&drv->remove) ||

     (drv->bus->shutdown &&drv->shutdown)) {

   printk(KERN_WARNING "Driver '%s'needs updating - please use bus_type methods\n", drv->name);

 }

 klist_init(&drv->klist_devices,NULL, NULL);

 return bus_add_driver(drv);

}

klist_init不相关，不用管他，详细再去看bus_add_driver：

int bus_add_driver(structdevice_driver *drv)

{

1.先kobject_set_name(&drv->kobj,"%s", drv->name);

2.再kobject_register(&drv->kobj)

3.然后调用了：driver_attach(drv)

}

int driver_attach(struct device_driver * drv)

{

 return bus_for_each_dev(drv->bus,NULL, drv, __driver_attach);

}

真正起作用的是__driver_attach：

static int __driver_attach(structdevice * dev, void * data)

{

……

 if (!dev->driver)

   driver_probe_device(drv, dev);

……

}

int driver_probe_device(struct device_driver * drv, struct device * dev)

{

……

//1.先是推断bus是否match：

 if (drv->bus->match &&!drv->bus->match(dev, drv))

   goto done;

//2.再详细运行probe：

 ret = really_probe(dev, drv);

……

}

really_probe才是我们要找的函数：

static int really_probe(struct device *dev, struct device_driver *drv)

{

……

//1.先是调用的驱动所属总线的probe函数：

 if (dev->bus->probe) {

   ret = dev->bus->probe(dev);

   if (ret)

    goto probe_failed;

} else if (drv->probe) {

//2.再调用你的驱动中的probe函数：

   ret = drv->probe(dev);

   if (ret)

    goto probe_failed;

 }

……

}

当中，drv->probe(dev)，才是真正调用的驱动实现的详细的probe函数。从此出開始probe函数正式被调用。

至此，platform成功挂接到platform  bus上了，并与特定的设备实现了绑定，并对设备进行了probe处理。

5request函数

当SDIO设备启动之后，probe函数会调用mmc_alloc_host函数不断的检測连接的MMC/SD/SDIO卡，而且通过device_add完毕对设备的加入，当设备加入完毕之后，会调用mmc_blk_probe完毕驱动定义的特定功能。函数的调用关系图例如以下：

图3 request调用过程

Request函数的定义例如以下：

static void

v8sdio_request( struct mmc_host *mmc,struct mmc_request *mrq )

{

unsignedlong iflags = 0;

structv8sdio_host *host = mmc_priv( mmc );//首先将struct  mmc_host设备转化成

//struct  v8sdio_host

#if IRQ_STAT_DBG

if(host->id == DEBUG_CHN )

{

do_gettimeofday( &tv_now );//获取时间

timersub( &tv_now, &tv_last,&tv_delta );

if( tv_delta.tv_sec >= 5 )

{

u32i = 0;

tv_last.tv_sec  = tv_now.tv_sec;

//                   tv_last.tv_usec= tv_now.tv_usec;

printk("\n" );

printk("[sdio%d_irq]: irq_ALL = %u\n", host->id, host->irq_cnt[0] );

printk("[sdio%d_irq]: irq_ERR = %u\n", host->id, host->irq_cnt[1] );

printk("[sdio%d_irq]: irq_DMA = %u\n", host->id, host->irq_cnt[2] );

printk("[sdio%d_irq]: irq_CMD = %u\n", host->id, host->irq_cnt[3] );

printk("[sdio%d_irq]: irq_TRN = %u\n", host->id, host->irq_cnt[4] );

for(i = 0; i <= MAX_OPCODE; i++ )

{

if( cmd_stats[i] )

{

printk( "[sdio%d_cmd]: cmd[%02u] =%u\n", host->id, i, cmd_stats[i] );

}

}

}

}

#endif

V8LOGV(V8TAG_SDIO, "" );

if(host->mrq )

V8LOGW( V8TAG_SDIO, "[Ch%d]host->mrq is NOT NULL.", host->id );

clk_enable(host->aclk );   //使能主机aclk

host->mrq= mrq;        //请求队列赋值

local_irq_save(iflags);    //保存本地中断标志

v8sdio_prepare_data(host, mrq );  //开启DMA通道，而且填充lli

v8sdio_start_command(host, mrq->cmd, mrq->data );  //開始运行命令

local_irq_restore(iflags);            //又一次保存本地中断标志

}

6rescan过程

内核通过mmc_rescan（drivers/mmc/core/core.c）不断扫描MMC/SD卡：

void mmc_rescan(struct work_struct*work)

{

structmmc_host *host =

container_of(work, struct mmc_host,detect.work);

u32ocr;

interr;

unsignedlong flags;

intextend_wakelock = 0;

spin_lock_irqsave(&host->lock,flags);

if(host->rescan_disable) {

spin_unlock_irqrestore(&host->lock,flags);

return;

}

spin_unlock_irqrestore(&host->lock,flags);

mmc_bus_get(host);             //取得总线

/*假设是个已经注冊过的卡, 检查它是否存在 */

if((host->bus_ops != NULL) && host->bus_ops->detect &&!host->bus_dead)

host->bus_ops->detect(host);

/*假设卡已经被移除，总线将被标记为死卡

* —声明唤醒锁

* 使得用户空间可以对应*/

if(host->bus_dead)

extend_wakelock = 1;

mmc_bus_put(host);

mmc_bus_get(host);

/*假设当前还有卡，将它停止*/

if(host->bus_ops != NULL) {

mmc_bus_put(host);

goto out;

}

/*检查新插入的卡 */

/*

* 仅仅有我们可以加入新的处理器, 所以在这里释放锁是安全的。

*/

mmc_bus_put(host);

if(host->ops->get_cd && host->ops->get_cd(host) == 0)

goto out;

mmc_claim_host(host);

mmc_power_up(host);

#ifdef CONFIG_MMC_VC088X

if(host->caps & MMC_CAP_SDIO_IRQ){

sdio_reset(host);

}

#else

sdio_reset(host);

#endif

mmc_go_idle(host);//发送CMD0使卡进入IDLE状态

mmc_send_if_cond(host,host->ocr_avail);

/*

* 首先我们搜索SDIO...

*/

err= mmc_send_io_op_cond(host, 0, &ocr);

if(!err) {

if (mmc_attach_sdio(host, ocr))

mmc_power_off(host);

extend_wakelock = 1;

goto out;

}

/*

* ...然后普通的SD...

*/

err= mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);

if(!err) {

if (mmc_attach_sd(host, ocr))

mmc_power_off(host);

extend_wakelock = 1;

goto out;

}

/*

* ...最后MMC.

*/

err= mmc_send_op_cond(host, 0, &ocr);

if(!err) {

if (mmc_attach_mmc(host, ocr))

mmc_power_off(host);

extend_wakelock = 1;

goto out;

}

mmc_release_host(host);

mmc_power_off(host);

out:

if(extend_wakelock)

wake_lock_timeout(&mmc_delayed_work_wake_lock,HZ / 2);

else

wake_unlock(&mmc_delayed_work_wake_lock);

if(host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)

mmc_schedule_delayed_work(&host->detect,HZ);

}

在设置完每一个卡进入空状态，而无论当前卡是存在于何种状态之后调用了mmc_send_if_cond命令，此命令的定义例如以下：

int mmc_send_if_cond(struct mmc_host*host, u32 ocr)

{

structmmc_command cmd;

interr;

staticconst u8 test_pattern = 0xAA;

u8result_pattern;

/*

* To support SD 2.0 cards, we must alwaysinvoke SD_SEND_IF_COND

* before SD_APP_OP_COND. This command willharmlessly fail for

* SD 1.0 cards.

*/

cmd.opcode= SD_SEND_IF_COND;

cmd.arg= ((ocr & 0xFF8000) != 0) << 8 | test_pattern;

cmd.flags= MMC_RSP_SPI_R7 | MMC_RSP_R7 | MMC_CMD_BCR;

err= mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, 0);

if(err)

return err;

if(mmc_host_is_spi(host))

result_pattern = cmd.resp[1] & 0xFF;

else

result_pattern = cmd.resp[0] & 0xFF;

if(result_pattern != test_pattern)

return -EIO;

return0;

}

流程图例如以下：

图7  SD卡的状态图

⑴取得总线

    ⑵检查总线操作结构指针bus_ops，假设为空，则又一次利用各总线对port进行扫描，检測顺序依次为：SDIO、NormalSD、MMC。当检測到相应的卡类型后，就使用mmc_attach_bus()把相相应的总线操作与host连接起来。

voidmmc_attach_bus(struct mmc_host *host, const struct mmc_bus_ops *ops)

{

    ...

    host->bus_ops = ops;

    ...

}

⑶初始化卡按下面流程初始化：

    ①发送CMD0使卡进入IDLE状态

    ②发送CMD8，检查卡是否SD2.0。SD1.1是不支持CMD8的，因此在SD2.0Spec中提出了先发送CMD8，如响应为无效命令，则卡为SD1.1，否则就是SD2.0（请參考SD2.0Spec）。

   ③发送CMD5读取OCR寄存器。

   ④发送ACMD55、CMD41，使卡进入工作状态。MMC卡并不支持ACMD55、CMD41，假设这步通过了，则证明这张卡是SD卡。

   ⑤假设d步骤错误，则发送CMD1推断卡是否为MMC。SD卡不支持CMD1，而MMC卡支持，这就是SD和MMC类型的推断根据。

   ⑥假设ACMD41和CMD1都不能通过，那这张卡恐怕就是无效卡了，初始化失败。