linux sd卡驱动分析基于mini2440sdio mmc sd卡驱动编写.docx

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linuxsd卡驱动分析基于mini2440sdiommcsd卡驱动编写

1.SDMemoryCardSpecifications/Part1.PhysicalLayerSpecification;Version1.0

2.LDD3CHAPTER-16BLOCKDEVICE

3.http:

//www.sdcard.org

引言：

前几天把mini2440的sd卡驱动程序移植到了Android平台，当时对SD卡以及内核的MMC子系统不是很了解，浏览了四天的代码，终于理清了一些头绪，尽管很多细节的实现还不是很清楚，不过先把知道的记录下来，细节部分由时间在慢慢挖掘。

本文先介绍了一下MMC的基本框架结构，然后采用自底向上的方法来分析整个MMC层是如何共同作用的。

阅读时请结合参考资料1和2.

1.硬件基础：

SD/MMC/SDIO概念区分概要

SD（SecureDigital）与MMC（MultimediaCard）

SD是一种flashmemorycard的标准，也就是一般常见的SD记忆卡，而MMC则是较早的一种记忆卡标准，目前已经被SD标准所取代。

在维基百科上有相当详细的SD/MMC规格说明：

[http:

//zh.wikipedia.org/wiki/Secure_Digital]。

SDIO是目前我们比较关心的技术，SDIO故名思义，就是SD的I/O接口（interface）的意思，不过这样解释可能还有点抽像。

更具体的说明，SD本来是记忆卡的标准，但是现在也可以把SD拿来插上一些外围接口使用，这样的技术便是SDIO。

所以SDIO本身是一种相当单纯的技术，透过SD的I/O接脚来连接外部外围，并且透过SD上的I/O数据接位与这些外围传输数据，而且SD协会会员也推出很完整的SDIOstack驱动程序，使得SDIO外围（我们称为SDIO卡）的开发与应用变得相当热门。

现在已经有非常多的手机或是手持装置都支持SDIO的功能（SD标准原本就是针对mobiledevice而制定），而且许多SDIO外围也都被开发出来，让手机外接外围更加容易，并且开发上更有弹性（不需要内建外围）。

目前常见的SDIO外围（SDIO卡）有：

·                                Wi-Ficard（无线网络卡）

·                                CMOSsensorcard（照相模块）

·                                GPScard

·                                GSM/GPRSmodemcard

·                                Bluetoothcard

·                                Radio/TVcard（很好玩）

SDIO的应用将是未来嵌入式系统最重要的接口技术之一，并且也会取代目前GPIO式的SPI接口。

SD/SDIO的传输模式

SD传输模式有以下3种：

·                                SPImode（required）

·                                1-bitmode

·                                4-bitmode

SDIO同样也支持以上3种传输模式。

依据SD标准，所有的SD（记忆卡）与SDIO（外围）都必须支持SPImode，因此SPImode是「required」。

此外，早期的MMC卡（使用SPI传输）也能接到SD插糟（SDslot），并且使用SPImode或1-bitmode来读取。

SD的MMCMode

SD也能读取MMC内存，虽然MMC标准上提到，MMC内存不见得要支持SPImode（但是一定要支持1-bitmode），但是市面上能看到的MMC卡其实都有支持SPImode。

因此，我们可以把SD设定成SPImode的传输方式来读取MMC记忆卡。

SD的MMCMode就是用来读取MMC卡的一种传输模式。

不过，SD的MMCMode虽然也是使用SPImode，但其物理特性仍是有差异的：

·                                MMC的SPImode最大传输速率为20Mbit/s；

·                                SD的SPImode最大传输速率为25Mbit/s。

为避免混淆，有时也用SPI/MMCmode与SPI/SDmode的写法来做清楚区别。

2.MMC子系统的基本框架结构：

很遗憾，内核没有为我们提供关于MMC子系统的文档，在谷歌上搜索了很多，也没有找到相关文章。

只能自己看代码分析了，可能有很多理解不对的地方，希望研究过这方面的朋友多邮件交流一下。

MMC子系统的代码在kernel/driver/MMC下，目前的MMC子系统支持一些形式的记忆卡：

SD,SDIO,MMC.由于笔者对SDIO的规范不是很清楚，后面的分析中不会涉及。

MMC子系统范围三个部分：

HOST部分是针对不同主机的驱动程序，这一部是驱动程序工程师需要根据自己的特点平台来完成的。

CORE部分:

这是整个MMC的核心存，这部分完成了不同协议和规范的实现，并为HOST层的驱动提供了接口函数。

CARD部分：

因为这些记忆卡都是块设备，当然需要提供块设备的驱动程序，这部分就是实现了将你的SD卡如何实现为块设备的。

3.HOST层分析：

HOST层实现的就是我们针对特定主机的驱动程序，这里以mini2440的s3cmci.c为例子进行分析，我们先采用platform_driver_register（&s3cmci_2440_driver）注册了一个平台设备，接下来重点关注probe函数。

在这个函数总，我们与CORE的联系是通过下面三句实现的。

首先分配一个mmc_host结构体，注意sizeof（structs3cmci_host），这样就能在mmc_host中找到了s3cmci_host，嵌入结构和被嵌入的结构体能够找到对方在Linux内核代码中的常用技术了。

接下来为mmc->pos赋值，s3cmci_ops结构实现了几个很重要的函数，待会我一一介绍。

中间还对mmc结构的很多成员进行了赋值，最后将mmc结构加入到MMC子系统，mmc_alloc_host，以及mmc_add_host的具体做了什么事情，我们在下节再分析，这三句是些MMC层驱动必须包含的。

mmc=mmc_alloc_host（sizeof（structs3cmci_host）,&pdev->dev）;

mmc->ops=&s3cmci_ops;

……………

s3cmci_ops中包含了四个函数：

staticstructmmc_host_opss3cmci_ops={

      .request=s3cmci_request,

      .set_ios  =s3cmci_set_ios,

      .get_ro         =s3cmci_get_ro,

      .get_cd         =s3cmci_card_present,

};

我们从简单的开始分析,这些函数都会在core部分被调用：

s3cmci_get_ro:

这个函数通过从GPIO读取，来判断我们的卡是否是写保护的

s3cmci_card_present：

这个函数通过从GPIO读取来判断卡是否存在

s3cmci_set_ios：

s3cmci_set_ios（structmmc_host*mmc,structmmc_ios*ios）

依据核心层传递过来的ios，来设置硬件IO,包括引脚配置，使能时钟，和配置总线带宽。

s3cmci_request：

这个函数是最主要，也最复杂的函数，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。

staticvoids3cmci_request（structmmc_host*mmc,structmmc_request*mrq）

{

      structs3cmci_host*host=mmc_priv（mmc）;

      host->status="mmcrequest";

      host->cmd_is_stop=0;

      host->mrq=mrq;

      if（s3cmci_card_present（mmc）==0）{

             dbg（host,dbg_err,"%s:

nomediumpresent\n",__func__）;

             host->mrq->cmd->error=-ENOMEDIUM;

             mmc_request_done（mmc,mrq）;//如果卡不存在，就终止请求

      }else

             s3cmci_send_request（mmc）;

}

接下来看s3cmci_send_request（mmc）：

这个函数先判断一下请求时传输数据还是命令，如果是数据的话：

先调用s3cmci_setup_data来对S3C2410_SDIDCON寄存器进行设置，然后设置SDITIMER寄存器这就设置好了总线宽度，是否使用DMA,，并启动了数据传输模式，并且使能了下面这些中断：

imsk=S3C2410_SDIIMSK_FIFOFAIL|S3C2410_SDIIMSK_DATACRC|

             S3C2410_SDIIMSK_DATATIMEOUT|S3C2410_SDIIMSK_DATAFINISH;

解析来判断是否是采用DMA进行数据传输还是采用FIFO进行数据传输

if（host->dodma）

/     becausehost->dodma          =0,sowedon'tuseit

                    res=s3cmci_prepare_dma（host,cmd->data）;//准备DMA传输，

             else

                    res=s3cmci_prepare_pio（host,cmd->data）;.//准备FIFO传输

如果是命令的话：

则调用s3cmci_send_command（）这个函数是命令发送的函数，和datesheet上描述的过程差不多,关于SD规范中命令的格式，请参考参考资料1.

writel（cmd->arg,host->base+S3C2410_SDICMDARG）;/*先写参数寄存器

        ccon=cmd->opcode&S3C2410_SDICMDCON_INDEX;//确定命令种类

        ccon|=S3C2410_SDICMDCON_SENDERHOST|S3C2410_SDICMDCON_CMDSTART;

/*withstart2bits*/

        if（cmd->flags&MMC_RSP_PRESENT）

                  ccon|=S3C2410_SDICMDCON_WAITRSP;

/*waitrsp*/

        if（cmd->flags&MMC_RSP_136）

                  ccon|=S3C2410_SDICMDCON_LONGRSP;

//确定respose的种类

        writel（ccon,host->base+S3C2410_SDICMDCON）;

命令通道分析完了，我们分析数据通道，先分析采用FIFO方式传输是怎么样实现的。

先分析s3cmci_prepare_pio（host,cmd->data）

根据rw来判断是读还是写

if（rw）{

             do_pio_write（host）;

             /*DeterminesSDIgenerateaninterruptifTxFIFOfillshalf*/

             enable_imask（host,S3C2410_SDIIMSK_TXFIFOHALF）;

      }else{

             enable_imask（host,S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOHALF

                         |S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST）;

      }

如果是写数据到SD的话，会调用do_pio_write,往FIFO中填充数据。

当64字节的FIFO少于33字节时就会产生中断。

如果是从SD读数据，则先使能中断，当FIFO多于31字节时时，则会调用中断服务程序，中断服务程序中将会调用do_pio_readFIFO的数据读出。

接下来分析do_pio_write：

to_ptr=host->base+host->sdidata;

fifo_free（host）用来检测fifo剩余空间

while（（fifo=fifo_free（host））>3）{

                  if（!

host->pio_bytes）{

                           res=get_data_buffer（host,&host->pio_bytes,

                  /*Ifwehavereachedtheendoftheblock,wehaveto

                    *writeexactlytheremainingnumberofbytes.Ifwe

                    *inthemiddleoftheblock,wehavetowritefull

                    *words,sorounddowntoanevenmultipleof4.*/

                  if（fifo>=host->pio_bytes）//fifo的空间比pio_bytes大，表明这是读这个块的最后一次

                           fifo=host->pio_bytes;

                  /*becausethevolumeofFIFOcancontaintheremaningblock*/

                  else

                           fifo-=fifo&3;/*rounddowntoanevenmultipleof4*/

                  host->pio_bytes-=fifo;//更新还剩余的没有写完的字

                  host->pio_count+=fifo;/*changthevalueofpio_bytes*/

                  fifo=（fifo+3）>>2;//将字节数转化为字数

                  /*howmanywordsfifocontain,everytimewejustwritoneword*/

                  ptr=host->pio_ptr;

                  while（fifo--）

                           writel（*ptr++,to_ptr）;//写往FIFO.

                  host->pio_ptr=ptr;

        }

注释一：

注意，MMC核心为mrq->data成员分配了一个structscatterlist的表，用来支持分散聚集，使用这种方法，这样使物理上不一致的内存页，被组装成一个连续的数组，避免了分配大的缓冲区的问题

我们看代码

        if（host->pio_sgptr>=host->mrq->data->sg_len）{

                  dbg（host,dbg_debug,"nomorebuffers（%i/%i）\n",

                        host->pio_sgptr,host->mrq->data->sg_len）;

                  return-EBUSY;

        }

        sg=&host->mrq->data->sg[host->pio_sgptr];

        *bytes=sg->length;//页缓冲区中的长度

        *pointer=sg_virt（sg）;将页地址映射为虚拟地址

        host->pio_sgptr++;这里表明我们的程序又完成了一次映射

这样，每一个mmc请求，我们只能处理scatterlist表中的一个页（块）。

因此，完成一次完整的请求需要映射sg_len次

再来总结一下一个mmc写设备请求的过程：

在s3cmci_prepare_pio中我们第一次先调用do_pio_write，如果FIFO空间大于3，且能够获取到scatterlist，则我们就开始往FIFO写数据，当FIFO空间小于3，则使能TXFIFOHALF中断，在中断服务程序中，如果检测到TFDET表明又有FIFO空间了，则关闭TXFIFOHALF中断，并调用do_pio_write进行写。

数据流向如下：

scatterlist-------->fifo---------->sdcard

一个mmc读设备请求的过程数据流向如下：

sdcard-------->fifo---------->scatterlist，

？

？

？

？

关于读数据的过程，中断的触发不是很清楚，s3cmci_prepare_pio中enable_imask（host,S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOHALF，S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST）;但如果没从SD卡中读数据，怎么会引发这个中断呢？

是由S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST引起的吗

接下来我们分析一下中断服务程序：

staticirqreturn_ts3cmci_irq（intirq,void*dev_id）

该程序先获取所有的状态寄存器：

mci_csta=readl（host->base+S3C2410_SDICMDSTAT）;

        mci_dsta=readl（host->base+S3C2410_SDIDSTA）;

        mci_dcnt=readl（host->base+S3C2410_SDIDCNT）;

        mci_fsta=readl（host->base+S3C2410_SDIFSTA）;

        mci_imsk=readl（host->base+host->sdiimsk）;

这些将作为中断处理的依据。

如果不是DMA模式，则处理数据的收发

if（!

host->dodma）{

                  if（（host->pio_active==XFER_WRITE）&&

                      （mci_fsta&S3C2410_SDIFSTA_TFDET））{

/*ThisbitindicatesthatFIFOdataisavailablefortransmitwhen

DatModeisdatatransmitmode.IfDMAmodeisenable,sd

hostrequestsDMAoperation.*/

                           disable_imask（host,S3C2410_SDIIMSK_TXFIFOHALF）;

                           tasklet_schedule（&host->pio_tasklet）;

注意我们采用tasklet这种延时机制来减少中断服务的时间，延时函数pio_tasklet中调用了do_pio_write和了do_pio_read

                           host->status="piotx";

                  }

                  if（（host->pio_active==XFER_READ）&&

                      （mci_fsta&S3C2410_SDIFSTA_RFDET））{

                           disable_imask（host,

                                          S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOHALF|

                                          S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST）;

                           tasklet_schedule（&host->pio_tasklet）;