SD/eMMC驅動詳解
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1. 總論
1.1 概念
- MMC - MultiMedia Card
- SD - Secure Digital Card
1.2 分類
- 按儲存大小,普通SD卡(<=2GB,支援FAT12/FAT16),HCSD卡(>2GB,<=32GB,支援FAT32)
- 按體積大小,普通SD卡,mini-SD卡,micro-SD卡(TF卡)
1.3 速度
- 預設模式: 12.5MB/s1
- 高速模式:25MB/s
.4 子系統程式碼結構
Linux原始碼裡/drivers/mmc下有三個資料夾,分別存放了SD塊裝置,核心層和SD主控制器的相關程式碼,可以通過Kconfig和Makefile獲取更多資訊。
2. 主控制器
SD卡的控制器晶片,可以看成CPU的代言人,它為CPU分擔了完成與SD卡資料通訊的任務。
2.1 資料結構
以PXA晶片的SD控制器驅動為例:
code位於:\kernel\drivers\mmc\host\pxamci.c
//該結構體有自己編寫,根據實際專案來編寫自己的host結構體 struct pxamci_host { struct mmc_host *mmc; struct mmc_request *mrq; struct mmc_command *cmd; struct mmc_data *data; ... ... };
2.1.1 struct mmc_host
結構體mmc_host定義於/include/linux/mmc/host.c,可以認為是linux為SD卡控制器專門準備的一個類,該類裡面的成員是所有SD卡控制器都需要的,放之四海而皆準的資料結構,而在PXA晶片控制器的驅動程式pxamci.c中,則為該類具體化了一個物件struct mmc_host *mmc,此mmc指標即指代著該PXA晶片SD卡控制器的一個具體化物件。
struct mmc_host { const struct mmc_host_ops *ops; // SD卡主控制器的操作函式,即該控制器所具備的驅動能力 const struct mmc_bus_ops *bus_ops; // SD匯流排驅動的操作函式,即SD匯流排所具備的驅動能力 struct mmc_ios ios; // 配置時鐘、匯流排、電源、片選、時序等 struct mmc_card *card; // 連線到此主控制器的SD卡裝置 ... ... };
struct mmc_host_ops {
void (*request)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req); // 核心函式,完成主控制器與SD卡裝置之間的資料通訊
void (*set_ios)(struct mmc_host *host, struct mmc_ios *ios); // 配置時鐘、匯流排、電源、片選、時序等
int (*get_ro)(struct mmc_host *host); //獲取gpio管腳,判斷是否是防寫
void (*enable_sdio_irq)(struct mmc_host *host, int enable); //卡插入與拔出中斷
};
struct mmc_bus_ops {
void (*remove)(struct mmc_host *); // 拔出SD卡的回撥函式
void (*detect)(struct mmc_host *); // 探測SD卡是否還在SD總線上的回撥函式
void (*suspend)(struct mmc_host *);
void (*resume)(struct mmc_host *);
};
struct mmc_card {
struct mmc_host *host; /* the host this device belongs to */
struct device dev; /* the device */
unsigned int rca; /* relative card address of device */
unsigned int type; /* card type */
unsigned int state; /* (our) card state */
unsigned int quirks; /* card quirks */
u32 raw_cid[4]; /* raw card CID */
u32 raw_csd[4]; /* raw card CSD */
u32 raw_scr[2]; /* raw card SCR */
struct mmc_cid cid; /* card identification */
struct mmc_csd csd; /* card specific */
struct mmc_ext_csd ext_csd; /* mmc v4 extended card specific */
struct sd_scr scr; /* extra SD information */
struct sd_switch_caps sw_caps; /* switch (CMD6) caps */ unsigned int sdio_funcs; /* number of SDIO functions */
struct sdio_cccr cccr; /* common card info */
struct sdio_cis cis; /* common tuple info */
... ...
};
mmc_card結構體內的資料結構主要存放SD卡的資訊,其中RCA, CID, CSD, SCR為SD卡內部的32位暫存器。
2.1.2 struct mmc_request
結構體mmc_request定義於/include/linux/mmc/core.h,它主要存放兩大資料結構的指標,分別是cmd和data,顧名思意,一個為指令,一個為資料,也就是說,mmc_request結構體存放了進行主控制器與sd卡間通訊所需要的指令和資料,struct mmc_request, struct mmc_command *cmd, struct mmc_data *data三者之間的關係如下所示,
struct mmc_request {
struct mmc_command *cmd;
struct mmc_data *data;
struct mmc_command *stop;
void *done_data; /* completion data */
void (*done)(struct mmc_request *);/* completion function */
};
說到結構體mmc_command和mmc_data,就必須說說SD卡的協議了。
1) 物理結構
SD卡有9個pin腳(micro-SD為8個,少一個接地pin腳),如圖所示,
SD的資料傳輸方式有兩種,普通SD模式和SPI模式,以SD模式為例,9個pin腳分別是VDD,VSS,CLK,以及我們需要關注的一根指令線CMD,4根資料線DAT0~DAT3。
2) 傳輸模式
首先由主機向SD卡傳送命令command,等待SD卡的回覆response,如果成功收到回覆,則進行資料傳輸。其中,指令線和資料線上傳輸的指令和資料都要遵循相應的協議格式。
3) 指令格式
一條指令command共48位,其中command index指代這條具體的指令名稱,argument為該指令的引數。
一條回覆response根據不同的指令有幾種不同型別。
struct mmc_command {
u32 opcode; // 對應command index
u32 arg; // 對應argument
u32 resp[4]; // 對應response
unsigned int flags; /* expected response type */
... ...
unsigned int retries; /* max number of retries */
unsigned int error; /* command error */
struct mmc_data *data; /* data segment associated with cmd */
struct mmc_request *mrq; /* associated request */
};
4) 資料格式
資料傳輸按資料線可分為一線傳輸和四線傳輸,按資料大小可分為位元組傳輸和塊傳輸(512位元組)。
struct mmc_data {
unsigned int timeout_ns; /* data timeout (in ns, max 80ms) */
unsigned int timeout_clks; /* data timeout (in clocks) */
unsigned int blksz; /* data block size */
unsigned int blocks; /* number of blocks */
unsigned int error; /* data error */
unsigned int flags;
#define MMC_DATA_WRITE (1 << 8)
#define MMC_DATA_READ (1 << 9)
#define MMC_DATA_STREAM (1 << 10)
unsigned int bytes_xfered;
struct mmc_command *stop; /* stop command */
struct mmc_request *mrq; /* associated request */
unsigned int sg_len; /* size of scatter list */
struct scatterlist *sg; /* I/O scatter list */
};
2.2 驅動程式
系統初始化時掃描platform總線上是否有名為該SD主控制器名字"pxa2xx-mci"的裝置,如果有, 驅動程式將主控制器掛載到platform總線上,並註冊該驅動程式。
static int __init pxamci_init(void)
{
return platform_driver_register(&pxamci_driver);
}
static struct platform_driver pxamci_driver = {
.probe = pxamci_probe,
.remove = pxamci_remove,
.suspend = pxamci_suspend,
.resume = pxamci_resume,
.driver = {
.name = “pxa2xx-mci”,
.owner = THIS_MODULE,
},
};
其中,remove為probe的反操作,suspend和resume涉及電源管理的內容,本文重點討論probe。
SD主控制器驅動程式的初始化函式probe(struct platform_device *pdev),概括地講,主要完成五大任務,
- 初始化裝置的資料結構,並將資料掛載到pdev->dev.driver_data下
- 實現裝置驅動的功能函式,如mmc->ops = &pxamci_ops;
- 申請中斷函式request_irq()
- 註冊裝置,即註冊kobject,建立sys檔案,傳送uevent等
- 其他需求,如在/proc/driver下建立使用者互動檔案等
2.2.1 註冊裝置
對於裝置的註冊,所有裝置驅動的相關程式碼都類似
static int pxamci_probe(struct platform_device *pdev)
{
mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct pxamci_host), &pdev->dev);
mmc_add_host(mmc);
... ...
}
這兩個函式都由/drivers/mmc/core核心層下的host.c負責具體實現,
1) mmc_alloc_host
為主裝置控制器建立資料結構,建立kobject,並初始化等待佇列,工作佇列,以及一些控制器的配置。其中,INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);將探測SD卡的函式mmc_rescan與工作佇列host->detect關聯,mmc_rescan是整個SD子系統的核心函式,本文第三部分協議層將對它作重點討論。
struct mmc_host *mmc_alloc_host(int extra, struct device *dev)
{
/* 建立資料結構 */
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);
/* 初始化等待佇列,工作佇列 */
init_waitqueue_head(&host->wq);
INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);
/* 配置控制器 */
host->max_hw_segs = 1;
host->max_phys_segs = 1;
... ...
return host;
}
2) mmc_add_host
完成kobject的註冊,並呼叫mmc_rescan,目的在於在系統初始化的時候就掃描SD匯流排檢視是否存在SD卡。注意到這裡的工作佇列的延時時間delay為0,因為系統啟動的時候不考慮插拔SD卡,關於這個delay將在下文討論。
int mmc_add_host(struct mmc_host *host)
{
device_add(&host->class_dev);
mmc_start_host(host);
... ...
}
void mmc_start_host(struct mmc_host *host)
{
mmc_power_off(host);
mmc_detect_change(host, 0);
}
void mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay)
{
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay);
}
static int mmc_schedule_delayed_work(struct delayed_work *work, unsigned long delay)
{
wake_lock_timeout(&mmc_delayed_work_wake_lock, HZ * 2);
return queue_delayed_work(workqueue, work, delay);
}
2.2.2 為裝置賦初值
其實,整個裝置驅動的probe()函式,其本質就是是為裝置建立起資料結構並對其賦初值。pxamci_probe(struct platform_device *pdev)主要為SD主控制器完成時鐘、儲存等方面的初始化配置,
static int pxamci_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct mmc_host *mmc;
struct pxamci_host *host = NULL;
mmc->ops = &pxamci_ops;
mmc->max_phys_segs = NR_SG;
mmc->max_hw_segs = NR_SG;
mmc->max_seg_size = PAGE_SIZE;
host = mmc_priv(mmc);
host->mmc = mmc;
host->dma = -1;
host->pdata = pdev->dev.platform_data;
host->clkrt = CLKRT_OFF;
host->clk = clk_get(&pdev->dev, "MMCCLK");
host->clkrate = clk_get_rate(host->clk);
mmc->caps |= MMC_CAP_MMC_HIGHSPEED | MMC_CAP_SD_HIGHSPEED;
host->sg_cpu = dma_alloc_coherent(&pdev->dev, PAGE_SIZE, &host->sg_dma, GFP_KERNEL);
host->dma = pxa_request_dma(DRIVER_NAME, DMA_PRIO_LOW, pxamci_dma_irq, host);
... ...
}
完成所有賦值後,通過platform_set_drvdata(pdev, mmc);將資料掛載到pdev->dev.driver_data。
所有賦值中,我們重點關注從platform_device *pdev裡得到的資料。platform_device *pdev是在系統初始化的時候掃描platform匯流排發現SD主控制器後所得到的資料。
1) 得到platform_data資料
先看看platform_device的結構,
struct platform_device {
const char * name;
int id;
struct device dev;
u32 num_resources;
struct resource * resource;
};
系統初始化的時候,已經為該SD主控制器的name, resources等賦上了初值,具體內容如下,
struct platform_device pxa_device_mci = {
.name = "pxa2xx-mci",
.id = 0,
.dev = {
.dma_mask = &pxamci_dmamask,
.coherent_dma_mask = 0xffffffff,
},
.num_resources = ARRAY_SIZE(pxamci_resources),
.resource = pxamci_resources,
};
static struct resource pxamci_resources[] = {
[0] = {
.start = 0x41100000,
.end = 0x41100fff,
.flags = IORESOURCE_MEM, // SD主控制器晶片的起始地址
},
[1] = {
.start = IRQ_MMC, /* #define IRQ_MMC 23 */
.end = IRQ_MMC,
.flags = IORESOURCE_IRQ, // 申請的中斷號
},
... ...
};
需要注意的是,platform_device資料結構裡的name, id, resource等是所有裝置都用的到的資料型別,那麼裝置自身獨有的特性如何表現出來呢?事實上,結構體device專門準備了一個成員platform_data,就是為了掛載裝置的一些特有的資料。(注意與driver_data相區別)
struct device {
void *platform_data; /* Platform specific data, device core doesn't touch it */
void *driver_data; /* data private to the driver */
... ...
}
看看SD主控制器為什麼會有這些特有資料,
static struct pxamci_platform_data saar_mci_platform_data = {
.detect_delay = 50,
.ocr_mask = MMC_VDD_32_33|MMC_VDD_33_34,
.init = saar_mci_init,
.exit = saar_mci_exit,
};
-> detect_delay
就是剛才提到的工作佇列的延時時間,設定為50ms,由於各種SD主控制器晶片的效能不同,這個值可能會變化。那麼為什麼要為工作佇列加一個延遲呢?首先,當插入SD卡之後,SD主控制器上的探測引腳會產生一箇中斷,之後呼叫中斷函式裡的工作佇列,然後執行工作佇列裡的mmc_rescan去掃描SD卡,為SD卡上電,傳送地址,註冊驅動等。考慮到插入SD卡需要一個短時間的過程(有個彈簧卡槽固定住SD卡),如果沒有延遲,那麼插入SD卡的一瞬間,SD卡還沒有完全固定到主機板上,系統就開始執行mmc_rescan,那麼就很有可能在為SD卡上電、傳送地址的過程中出現錯誤(拔出SD卡同理),因此,必須要有detect_delay這個值。
-> saar_mci_init
這個函式為SD主控制器的探測pin腳申請中斷,具體內容將在下文中斷的一節中討論。static int saar_mci_init(struct device *dev, irq_handler_t saar_detect_int, void *data)
{
struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);
int cd_irq, gpio_cd; // cd - card detect
saar_mmc_slot[0].gpio_cd = mfp_to_gpio(MFP_PIN_GPIO61); // 將GPIO61設為普通GPIO口
cd_irq = gpio_to_irq(saar_mmc_slot[pdev->id].gpio_cd); // 將GPIO61轉換為中斷號
gpio_request(gpio_cd, "mmc card detect"); // 申請GPIO61
gpio_direction_input(gpio_cd); // 將GPIO61設為輸入型別
request_irq(cd_irq, saar_detect_int, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "MMC card detect", data);
... ...
}
得到SD主控制器特有資料後,將其掛載到dev.platform_data下,並最終完成對platform_device *dev的註冊。
void __init pxa_register_device(struct platform_device *dev, void *data)
{
dev->dev.platform_data = data;
platform_device_register(dev);
}
2) 使用platform_data資料 下面就看看SD主控制器是如何使用這些在系統初始化的時候就已經得到的platform_device的資料的,
static int pxamci_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct mmc_host *mmc;
struct pxamci_host *host = NULL;
struct resource *r;
int ret, irq;
r = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); // 得到控制器晶片的起始地址
r = request_mem_region(r->start, SZ_4K, DRIVER_NAME); // 為晶片申請4k的記憶體空間
irq = platform_get_irq(pdev, 0); // 得到晶片的中斷號
host->res = r;
host->irq = irq;
host->base = ioremap(r->start, SZ_4K); // 將晶片的實體地址對映為虛擬地址
... ...
}
2.2.3 裝置驅動的功能函式
一般情況下,裝置驅動裡都有一個行為函式結構體,比如字元裝置驅動裡的struct file_operations *fops,該結構描述了裝置所具備的工作能力,比如open, read, write等,struct file_operations {
struct module *owner;
ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);
ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);
int (*open) (struct inode *, struct file *);
... ...
};
同理,SD主控制器驅動程式裡也有一個類似的結構struct mmc_host_ops *ops,它描述了該控制器所具備驅動的能力。
static int pxamci_probe(struct platform_device *pdev)
{
mmc->ops = &pxamci_ops;
... ...
}
static const struct mmc_host_ops pxamci_ops = {
.request = pxamci_request,
.get_ro = pxamci_get_ro,
.set_ios = pxamci_set_ios,
.enable_sdio_irq = pxamci_enable_sdio_irq,
};
其中,(*set_ios)為主控制器設定匯流排和時鐘等配置,(*get_ro)得到只讀屬性,(*enable_sdio_irq)開啟sdio中斷,本文重點討論(*request)這個回撥函式,它是整個SD主控制器驅動的核心,實現了SD主控制器能與SD卡進行通訊的能力。
static void pxamci_request(struct mmc_host *mmc, struct mmc_request *mrq)
{
struct pxamci_host *host = mmc_priv(mmc); unsigned int cmdat;
set_mmc_cken(host, 1);
host->mrq = mrq;
cmdat = host->cmdat;
host->cmdat &= ~CMDAT_INIT;
if (mrq->data) {
pxamci_setup_data(host, mrq->data);
cmdat &= ~CMDAT_BUSY;
cmdat |= CMDAT_DATAEN | CMDAT_DMAEN;
if (mrq->data->flags & MMC_DATA_WRITE)
cmdat |= CMDAT_WRITE;
if (mrq->data->flags & MMC_DATA_STREAM)
cmdat |= CMDAT_STREAM;
}
pxamci_start_cmd(host, mrq->cmd, cmdat);
}
其中, pxamci_setup_data()實現資料傳輸,pxamci_start_cmd()實現指令傳輸。
至此,我們必須去接觸SD主控制器的晶片手冊了。
首先,SD主控制器由一系列32位暫存器組成。通過軟體的方式,即對暫存器賦值,來控制SD主控制器,進而扮演SD主控制器的角色與SD卡取得通訊。
1) cmdat 根據主控制器的晶片手冊,暫存器MMC_CMDAT控制命令和資料的傳輸,具體內容如下, 結合對暫存器MMC_CMDAT的描述,分析程式碼, host->cmdat &= ~CMDAT_INIT; // 非初始化狀態
if (mrq->data) { // 如果存在資料需要傳輸
pxamci_setup_data(host, mrq->data); // 實現主控制器與SD卡之間資料的傳輸
cmdat &= ~CMDAT_BUSY; // 沒有忙碌busy訊號
cmdat |= CMDAT_DATAEN | CMDAT_DMAEN; // 有資料傳輸,使用DMA
if (mrq->data->flags & MMC_DATA_WRITE)
cmdat |= CMDAT_WRITE; // 設定為寫資料
if (mrq->data->flags & MMC_DATA_STREAM)
cmdat |= CMDAT_STREAM; // 設定為資料流stream模式
}
2) pxamci_setup_data 通過DMA實現主控制器與SD卡之間資料的傳輸
static void pxamci_setup_data(struct pxamci_host *host, struct mmc_data *data)
{
host->data = data;
writel(data->blocks, host->base + MMC_NOB); // 設定塊的數量
writel(data->blksz, host->base + MMC_BLKLEN); // 設定一個塊的大小(一般為512byte)
if (data->flags & MMC_DATA_READ) {
host->dma_dir = DMA_FROM_DEVICE;
dcmd = DCMD_INCTRGADDR | DCMD_FLOWTRG;
DRCMR(host->dma_drcmrtx) = 0;
DRCMR(host->dma_drcmrrx) = host->dma | DRCMR_MAPVLD;
} else {
host->dma_dir = DMA_TO_DEVICE;
dcmd = DCMD_INCSRCADDR | DCMD_FLOWSRC;
DRCMR(host->dma_drcmrrx) = 0;
DRCMR(host->dma_drcmrtx) = host->dma | DRCMR_MAPVLD;
}
dcmd |= DCMD_BURST32 | DCMD_WIDTH1;
host->dma_len = dma_map_sg(mmc_dev(host->mmc), data->sg, data->sg_len, host->dma_dir);
for (i = 0; i < host->dma_len; i++) {
unsigned int length = sg_dma_len(&data->sg[i]);
host->sg_cpu[i].dcmd = dcmd | length;
if (length & 31)
host->sg_cpu[i].dcmd |= DCMD_ENDIRQEN;
if (data->flags & MMC_DATA_READ) {
host->sg_cpu[i].dsadr = host->res->start + MMC_RXFIFO;
host->sg_cpu[i].dtadr = sg_dma_address(&data->sg[i]);
} else {
host->sg_cpu[i].dsadr = sg_dma_address(&data->sg[i]);
host->sg_cpu[i].dtadr = host->res->start + MMC_TXFIFO;
}
host->sg_cpu[i].ddadr = host->sg_dma + (i + 1) *
sizeof(struct pxa_dma_desc);
}
host->sg_cpu[host->dma_len - 1].ddadr = DDADR_STOP;
wmb();
DDADR(host->dma) = host->sg_dma;
DCSR(host->dma) = DCSR_RUN;
}
for()迴圈裡的內容是整個SD卡主控制器裝置驅動的實質,通過DMA的方式實現主控制器與SD卡之間資料的讀寫操作。
3) pxamci_start_cmd 實現主控制器與SD卡之間指令的傳輸
static void pxamci_start_cmd(struct pxamci_host *host, struct mmc_command *cmd, unsigned int cmdat)
{
host->cmd = cmd;
if (cmd->flags & MMC_RSP_BUSY)
cmdat |= CMDAT_BUSY;
#define RSP_TYPE(x) ((x) & ~(MMC_RSP_BUSY|MMC_RSP_OPCODE))
switch (RSP_TYPE(mmc_resp_type(cmd))) {
case RSP_TYPE(MMC_RSP_R1): /* r1, r1b, r6, r7 */
cmdat |= CMDAT_RESP_SHORT;
break;
case RSP_TYPE(MMC_RSP_R3):
cmdat |= CMDAT_RESP_R3;
break;
case RSP_TYPE(MMC_RSP_R2):
cmdat |= CMDAT_RESP_R2;
break;
default:
break;
}
writel(cmd->opcode, host->base + MMC_CMD);
writel(cmd->arg >> 16, host->base + MMC_ARGH);
writel(cmd->arg & 0xffff, host->base + MMC_ARGL);
writel(cmdat, host->base + MMC_CMDAT);
pxamci_start_clock(host);
pxamci_enable_irq(host, END_CMD_RES);
}
-> response型別
根據SD卡的協議,當SD卡收到從控制器發來的cmd指令後,SD卡會發出response相應,而response的型別分為R1,R1b,R2,R3,R6,R7,這些型別分別對應不同的指令,各自的資料包結構也不同(具體內容參考SD卡協議)。這裡,通過RSP_TYPE對指令cmd的opcode的解析得到相對應的reponse型別,再通過swich賦給暫存器MMC_CMDAT對應的[1:0]位。
-> 將指令和引數寫入暫存器
4行writel()是整個SD卡主控制器裝置驅動的實質,通過對主控制器晶片暫存器MMC_CMD,MMC_ARGH,MMC_ARGL,MMC_CMDAT的設定,實現主控制器傳送指令到SD卡的功能。
4) 呼叫(*request)
以上通過pxamci_request()實現了主控制器的通訊功能,之後只須通過host->ops->request(host, mrq);回撥函式即可。
協議層裡,每條指令都會通過mmc_wait_for_req(host, &mrq)呼叫到host->ops->request(host, mrq)來發送指令和資料。
/* core/core.c */
void mmc_wait_for_req(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq)
{
DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(complete);
mrq->done_data = &complete;
mrq->done = mmc_wait_done;
mmc_start_request(host, mrq);
wait_for_completion(&complete);
}
mmc_start_request(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq)
{
... ...
host->ops->request(host, mrq);
}
2.2.4 申請中斷
pxamci_probe(struct platform_device *pdev)中有兩個中斷,一個為SD主控制器晶片內電路固有的內部中斷,另一個為探測引腳的探測到外部有SD卡插拔引起的中斷。1) 由主控晶片內部電路引起的中斷 request_irq(host->irq, pxamci_irq, 0, "pxa2xx-mci", host); 回顧一下,host->irq就是剛才從platform_device裡得到的中斷號, irq = platform_get_irq(pdev, 0); host->irq = irq; 接下來,pxamci_irq便是為該中斷host->irq申請的中斷函式,
static irqreturn_t pxamci_irq(int irq, void *devid)
{
struct pxamci_host *host = devid; // 得到主控制器的資料
unsigned int ireg; int handled = 0;
ireg = readl(host->base + MMC_I_REG) & ~readl(host->base + MMC_I_MASK); // 讀取中斷暫存器的值
if (ireg) {
unsigned stat = readl(host->base + MMC_STAT); // 讀取狀態暫存器的值
if (ireg & END_CMD_RES)
handled |= pxamci_cmd_done(host, stat);
if (ireg & DATA_TRAN_DONE)
handled |= pxamci_data_done(host, stat);
if (ireg & SDIO_INT) {
mmc_signal_sdio_irq(host->mmc);
}
}
return IRQ_RETVAL(handled);
}
當呼叫(*request),即host->ops->request(host, mrq),即上文中的pxamci_request()後,控制器與SD卡之間開始進行一次指令或資料傳輸,通訊完畢後,主控晶片將產生一個內部中斷,以告知此次指令或資料傳輸完畢。這個中斷的具體值將儲存在一個名為MMC_I_REG的中斷暫存器中以供讀取,中斷暫存器MMC_I_REG中相關描述如下,
如果中斷暫存器MMC_I_REG中的第0位有值,則意味著資料傳輸完成,執行pxamci_cmd_done(host, stat); 如果中斷暫存器MMC_I_REG中的第2位有值,則意味著指令傳輸完成,執行pxamci_data_done(host, stat); 其中stat是從狀態暫存器MMC_STAT中讀取的值,在程式碼裡主要起到處理錯誤狀態的作用。
-> pxamci_cmd_done 收到結束指令的內部中斷訊號,主控制器從SD卡那裡得到response,結束這次指令傳輸
這裡需要注意,暫存器MMC_RES裡已經存放了來自SD卡傳送過來的response,以供讀取。
static int pxamci_cmd_done(struct pxamci_host *host, unsigned int stat)
{
struct mmc_command *cmd = host->cmd;
cmd->resp[i] = readl(host->base + MMC_RES) & 0xffff;
if (stat & STAT_TIME_OUT_RESPONSE) {
cmd->error = -ETIMEDOUT;
} else if (stat & STAT_RES_CRC_ERR && cmd->flags & MMC_RSP_CRC) {
cmd->error = -EILSEQ;
}
pxamci_disable_irq(host, END_CMD_RES);
if (host->data && !cmd->error) {
pxamci_enable_irq(host, DATA_TRAN_DONE);
} else {
pxamci_finish_request(host, host->mrq); // 結束一次傳輸,清空主控制器中的指令和資料
}
return 1;
}
-> pxamci_data_done 收到結束資料的內部中斷訊號,得到傳輸資料的大小,結束這次資料傳輸
static int pxamci_data_done(struct pxamci_host *host, unsigned int stat)
{
struct mmc_data *data = host->data;
DCSR(host->dma) = 0;
dma_unmap_sg(mmc_dev(host->mmc), data->sg, host->dma_len, host->dma_dir);
if (stat & STAT_READ_TIME_OUT)
data->error = -ETIMEDOUT;
else if (stat & (STAT_CRC_READ_ERROR|STAT_CRC_WRITE_ERROR))
data->error = -EILSEQ;
if (!data->error)
data->bytes_xfered = data->blocks * data->blksz; // 資料傳輸量=塊的數量*每個塊的大小(一般為512位元組)
else
data->bytes_xfered = 0;
pxamci_disable_irq(host, DATA_TRAN_DONE);
host->data = NULL;
pxamci_finish_request(host, host->mrq);
... ...
}
static void pxamci_finish_request(struct pxamci_host *host, struct mmc_request *mrq)
{
host->mrq = NULL;
host->cmd = NULL;
host->data = NULL;
mmc_request_done(host->mmc, mrq);
set_mmc_cken(host, 0);
unset_dvfm_constraint();
}
/* drivers/mmc/core/core.c */
void mmc_request_done(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq)
{
... ...
if (mrq->done)
mrq->done(mrq);
}
這裡用到了完成量completion,LDD3上是這樣說的,完成量是一個任務的輕量級機制,允許一個執行緒告知另一個執行緒工作已經完成。這裡的一個執行緒就是內部中斷處理函式,它是結束主控制器與SD卡間通訊的執行緒,通過mrq->done(mrq); 即complete(mrq->done_data);告知另一個執行緒-回撥(*request)實現主控制器與SD卡進行通訊的執行緒,通訊已經完畢。
void mmc_wait_for_req(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq)
{
DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(complete);
mrq->done_data = &complete;
mrq->done = mmc_wait_done;
mmc_start_request(host, mrq);
wait_for_completion(&complete);
}
static void mmc_wait_done(struct mmc_request *mrq)
{
complete(mrq->done_data);
}
2) 探測引腳引起的中斷
if (host->pdata && host->pdata->init)host->pdata->init(&pdev->dev, pxamci_detect_irq, mmc); 該init()回撥函式就是剛才提到的系統初始化時通過saar_mci_init()實現的,
static int saar_mci_init(struct device *dev, irq_handler_t saar_detect_int, void *data)
{
request_irq(cd_irq, saar_detect_int, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "MMC card detect", data);
... ...
}
其中,cd_irq是通過GPIO轉換得到的中斷號,pxamci_detect_irq便是該中斷實現的函式,之前已經提到過mmc_detect_change,它將最終呼叫queue_delayed_work執行工作佇列裡的mmc_rescan函式。
static irqreturn_t pxamci_detect_irq(int irq, void *devid)
{
struct pxamci_host *host = mmc_priv(devid);
mmc_detect_change(devid, host->pdata->detect_delay);
return IRQ_HANDLED;
}
當有SD卡插入或拔出時,硬體主控制器晶片的探測pin腳產生外部中斷,進入中斷處理函式,執行工作佇列裡的mmc_rescan,掃描SD匯流排,對插入或拔出SD卡作相應的處理。下文協議層將討論mmc_rescan()。
3. 協議層
Linux在核心原始碼的drivers/mmc/core資料夾下為我們的提供了一系列SD卡的介面服務函式。可以檢視Makefile如下,
obj-$(CONFIG_MMC) += mmc_core.o
mmc_core-y := core.o bus.o host.o \
mmc.o mmc_ops.o sd.o sd_ops.o \
sdio.o sdio_ops.o sdio_bus.o \
sdio_cis.o sdio_io.o sdio_irq.o \
quirks.o cd-gpio.o
可見,core資料夾下有針對匯流排的服務bus.c,針對主控制器的服務host.c,針對SD卡的服務sd.c, sd_ops.c等等。
其中,最為核心的一個函式便是之前提到的位於core.c的mmc_rescan,概括來講,主要完成兩項任務,即
- 掃描SD匯流排,插入SD卡
- 掃描SD匯流排,拔出SD卡
3.1 插入SD卡
插入SD卡,主控制器產生中斷,進入中斷處理函式,處理工作佇列,執行mmc_rescan。
void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
struct mmc_host *host = container_of(work, struct mmc_host, detect.work); // 得到mmc_host的資料
/*
* First we search for SDIO...
*/
err = mmc_send_io_op_cond(host, 0, &ocr);
if (!err) {
if (mmc_attach_sdio(host, ocr))
mmc_power_off(host);
goto out;
}
/*
* ...then normal SD...
*/
err = mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);
if (!err) {
if (mmc_attach_sd(host, ocr))
mmc_power_off(host);
goto out;
}
/*
* ...and finally MMC.
*/
err = mmc_send_op_cond(host, 0, &ocr);
if (!err) {
if (mmc_attach_mmc(host, ocr))
mmc_power_off(host);
goto out;
}
... ...
}
插入SD卡,mmc_rescan掃描SD總線上是否存在SD卡,具體的實現方法就是通過向SD卡上電,看是否能成功,以普通SD卡為例,為普通SD卡上電的函式mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);如果上電成功,則返回0,即執行if()裡的mmc_attach_sd()進行匯流排與SD卡的繫結。如果上電失敗,則返回非0值,跳過if(),嘗試其他上電的方法。那麼,上電方法究竟有何不同呢?具體看看mmc_send_app_op_cond()的實現過程,
int mmc_send_app_op_cond(struct mmc_host *host, u32 ocr, u32 *rocr)
{
struct mmc_command cmd;
cmd.opcode = SD_APP_OP_COND; /* #define SD_APP_OP_COND 41 */
mmc_wait_for_app_cmd(host, NULL, &cmd, MMC_CMD_RETRIES);
... ...
}
int mmc_wait_for_app_cmd(struct mmc_host *host, struct mmc_card *card, struct mmc_command *cmd, int retries)
{
mmc_app_cmd(host, card); /* #define MMC_APP_CMD 55 */
mrq.cmd = cmd;
cmd->data = NULL;
mmc_wait_for_req(host, &mrq);
... ...
}
這裡的指令SD_APP_OP_COND只有SD2.0的協議支援,也就是說,只有普通SD卡支援,所以也只有普通SD卡能夠成功上電。
如果上電成功,就開始進行匯流排與SD卡的繫結,通過mmc_attach_sd(),繫結過程可分為四步,
- 註冊SD總線上的操作函式 - struct mmc_bus_ops mmc_sd_ops
- 設定主控制器的時鐘和匯流排方式 - 通過回撥函式host->ops->set_ios();
- 啟動SD卡 - 根據協議,完成SD卡啟動的各個步驟
- 註冊SD卡裝置驅動
3.1.1 註冊總線上的操作函式
int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)
{
mmc_sd_attach_bus_ops(host);
... ...
}
static void mmc_sd_attach_bus_ops(struct mmc_host *host)
{
const struct mmc_bus_ops *bus_ops;
bus_ops = &mmc_sd_ops;
mmc_attach_bus(host, bus_ops);
}
void mmc_attach_bus(struct mmc_host *host, const struct mmc_bus_ops *ops)
{
host->bus_ops = ops;
host->bus_refs = 1;
host->bus_dead = 0;
}
static const struct mmc_bus_ops mmc_sd_ops = {
.remove = mmc_sd_remove, // 拔出SD卡的操作函式
.detect = mmc_sd_detect, // 探測SD卡的操作函式
.suspend = NULL,
.resume = NULL,
.power_restore = mmc_sd_power_restore, // 重新啟動SD卡的操作函式
};
這裡的mmc_sd_detect和mmc_sd_remove就是拔出SD卡所需要用到的函式,下文將詳細討論。這裡需要注意的是,插入SD卡的時候,並不執行mmc_sd_detect和mmc_sd_remove這兩個函式,但是會註冊它們,也就是說,這兩個函式的功能已經實現,將來可以使用。
3.1.2 設定時鐘和匯流排
int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)
{
host->ocr = mmc_select_voltage(host, ocr);
... ...
}
u32 mmc_select_voltage(struct mmc_host *host, u32 ocr)
{
mmc_set_ios(host);
... ...
}
static inline void mmc_set_ios(struct mmc_host *host)
{
struct mmc_ios *ios = &host->ios;
host->ops->set_ios(host, ios); // 設定主控制器時鐘和匯流排的回撥函式,具體實現由主控制器驅動完成
}
從這裡可以體會到回撥函式的精髓:協議層裡利用回撥函式為所有滿足該協議的裝置提供統一的介面,而具體實現由底層不同的裝置驅動各自完成。注意到,之所以要定義一些放之四海而皆準的公用的類,比如struct mmc_host,就是需要通過struct mmc_host *host指標作為形參傳到協議層所提供的介面函式中,從而得以呼叫。
3.1.3 啟動SD卡
int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)
{
mmc_sd_init_card(host, host->ocr, NULL);
... ...
}
mmc_sd_init_card主要完成以下任務,
- SD卡的啟動過程
- 得到暫存器CID, CSD, SCR, RCA的資料
- 其他操作比如切換到高速模式,初始化card
static int mmc_sd_init_card(struct mmc_host *host, u32 ocr, struct mmc_card *oldcard)
{
/* SD卡的啟動過程 */
mmc_go_idle(host);
mmc_send_if_cond(host, ocr);
mmc_send_app_op_cond(host, ocr, NULL);
mmc_all_send_cid(host, cid);
mmc_send_relative_addr(host, &card->rca);
/* 得到暫存器CID, CSD, SCR的資料 */
mmc_send_csd(card, card->raw_csd);
mmc_decode_csd(card);
mmc_decode_cid(card);
mmc_app_send_scr(card, card->raw_scr);
mmc_decode_scr(card);
/* 其它操作 */
mmc_alloc_card(host, &sd_type);
mmc_select_card(card);
mmc_read_switch(card);
mmc_switch_hs(card);
... ...
}
1) SD卡的啟動過程
根據SD2.0協議,SD卡的狀態可分為兩種模式:卡識別模式(card-identification mode)和資料傳輸模式(data-transfer mode)。這裡,我們關注啟動SD卡的卡識別模式。
結合程式碼,
mmc_go_idle(host); CMD0
Idle State
mmc_send_if_cond(host, ocr); CMD8
mmc_send_app_op_cond(host, ocr, NULL); ACMD41
Ready State
mmc_all_send_cid(host, cid); CMD2
Identification State
mmc_send_relative_addr(host, &card->rca); CMD3
Stand-by State
2) 暫存器CID, CSD, SCR, RCA
-> 傳送指令並得到暫存器的值
當主控制器向SD卡傳送cmd指令,比如mmc_send_cid(card, card->raw_cid),請求得到SD卡CID暫存器的值,當主控制器傳送cmd完成後,晶片產生一個內部中斷,處理結束cmd的中斷函式,之後得到來自SD卡的response,即CID暫存器的值,存放於host->cmd->resp[i]中。關於內部中斷處理,參看上文的中斷一節裡的 mmc_wait_for_cmd()。
mmc_send_cid(card, card->raw_cid);這個函式傳送了接收CSD暫存器的請求,並且得到了來自SD卡的CSD暫存器的值。
int mmc_send_cid(struct mmc_card *card, u32 *cid)
{
return mmc_send_cxd_native(card->host, card->rca << 16, cid, MMC_SEND_CID);
}
static int mmc_send_cxd_native(struct mmc_host *host, u32 arg, u32 *cxd, int opcode)
{
cmd.opcode = opcode;
cmd.arg = arg;
cmd.flags = MMC_RSP_R2 | MMC_CMD_AC;
mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, MMC_CMD_RETRIES);
memcpy(cxd, cmd.resp, sizeof(u32) * 4); // 得到response賦給cxd,即card->raw_cid
... ...
}
-> 解析暫存器的值
為什麼要解析?先來看看暫存器CID在SD卡協議裡的定義,它是一個128位的暫存器,存放了關於這塊SD卡的基本資訊,就像自己的身份證。通過mmc_send_cid()將這個暫存器的數值賦給了card->raw_cid (定義 u32 raw_cid[4];) ,為了方便得到具體某一個資訊,協議層為我們解析了暫存器裡的域,並賦給card->cid,比如廠商名稱,就可以通過card->cid.manfid直接讀取到。
static int mmc_decode_cid(struct mmc_card *card)
{
u32 *resp = card->raw_cid;
card->cid.manfid = UNSTUFF_BITS(resp, 120, 8);
card->cid.oemid = UNSTUFF_BITS(resp, 104, 16);
card->cid.prod_name[0] = UNSTUFF_BITS(resp, 96, 8);
card->cid.prod_name[1] = UNSTUFF_BITS(resp, 88, 8);
card->cid.prod_name[2] = UNSTUFF_BITS(resp, 80, 8);
card->cid.prod_name[3] = UNSTUFF_BITS(resp, 72, 8);
card->cid.prod_name[4] = UNSTUFF_BITS(resp, 64, 8);
card->cid.prod_name[5] = UNSTUFF_BITS(resp, 56, 8);
card->cid.serial = UNSTUFF_BITS(resp, 16, 32);
card->cid.month = UNSTUFF_BITS(resp, 12, 4);
card->cid.year = UNSTUFF_BITS(resp, 8, 4) + 1997;
return 0;
}
3.1.4 註冊SD卡裝置驅動
int mmc_attach_sd(struct mmc_host *host, u32 ocr)
{
/* mmc_alloc_card(host, &sd_type); 在mmc_sd_init_card()已完成 */
mmc_add_card(host->card);
... ...
}
上文已經提到,裝置驅動程式都會通過alloc_xxx()和add_xxx()兩步來註冊驅動,其實質是呼叫/drivers/base/core.c裡的device_initialize()和device_add(),device_add()完成建立kobject,sys檔案,傳送uevent,等工作。
3.2 拔出SD卡
void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
struct mmc_host *host = container_of(work, struct mmc_host, detect.work);
mmc_bus_get(host);
/* if there is a card registered, check whether it is still present */
if ((host->bus_ops != NULL) && host->bus_ops->detect && !host->bus_dead)
host->bus_ops->detect(host);
mmc_bus_put(host);
... ...
}
這裡的mmc_bus_get/put(),為SD匯流排加上一個自旋鎖,規定同時只能有一個執行緒在SD總線上操作。
3.2.1 bus_ops->detect()
mmc_rescan()掃描SD匯流排,如果發現host->ops上賦了值,即之前已有SD卡註冊過,就執行bus_ops->detect()操作去探測SD總線上是否還存在SD卡,如果不存在了,就執行bus_ops->remove()拔出SD卡。之前已經提到,這個bus_ops->detect()已在mmc_attach_sd()註冊完成了。
static void mmc_sd_detect(struct mmc_host *host)
{
mmc_claim_host(host);
/*
* Just check if our card has been removed.
*/
err = mmc_send_status(host->card, NULL);
mmc_release_host(host);
if (err) {
mmc_sd_remove(host);
mmc_claim_host(host);
mmc_detach_bus(host);
mmc_release_host(host);
}
}
這裡的mmc_claim_host(host)通過set_current_state(TASK_RUNNING);將當前程序設定為正在執行程序。
mmc_send_status()傳送得到SD卡狀態的請求,如果未能得到狀態資料,則執行mmc_sd_remove(host)拔出SD卡。
int mmc_send_status(struct mmc_card *card, u32 *status)
{
struct mmc_command cmd;
cmd.opcode = MMC_SEND_STATUS; /* #define MMC_SEND_STATUS 13 */
cmd.arg = card->rca << 16;
cmd.flags = MMC_RSP_SPI_R2 | MMC_RSP_R1 | MMC_CMD_AC;
err = mmc_wait_for_cmd(card->host, &cmd, MMC_CMD_RETRIES);
if (err)
return err; // 接收來自SD卡的response失敗,即沒有發現SD卡
if (status)
*status = cmd.resp[0];
return 0;
}
主控制器傳送命令CMD13,要求得到SD卡的狀態暫存器CSR和SSR。
SD協議規定,狀態暫存器CSR是必須的,這個32位暫存器作為R1的一個域返回給主控制器,
狀態暫存器SSR作為擴充功能,具體參考SD2.0協議。
3.2.2 bus_ops->remove()
拔出SD卡,其實就是註冊SD卡驅動的反操作,實質就是執行device_del()和device_put()。
static void mmc_sd_remove(struct mmc_host *host)
{
mmc_remove_card(host->card);
host->card = NULL;
}
void mmc_remove_card(struct mmc_card *card)
{
if (mmc_card_present(card))
device_del(&card->dev);
put_device(&card->dev);
}
4. 塊裝置
首先,必須知道為什麼要用到塊裝置。在linux下,SD卡通過block塊的方式(以512位元組為最小單位)進行資料傳輸,它必須遵從塊裝置架構。在linux塊裝置層,I/O排程者通過請求佇列機制負責對塊資料的處理。
SD卡子系統分為三層,主裝置層,協議層和塊裝置層。塊裝置驅動位於/drivers/mmc/card/block.c,主要完成兩個任務,
- 建立裝置節點
- 通過請求佇列機制進行資料傳輸
插入SD卡,註冊驅動成功,那麼在開發板的目錄/dev/block下會出現SD卡的裝置節點。
179為主裝置號,定義於include/linux/major.h #define MMC_BLOCK_MAJOR 179
179:0代表這塊SD卡的裝置節點mmcblk0,179:1代表這塊SD卡的第一個分割槽mmcblk0p1,即主分割槽,如果有第二個分割槽,那就是179:2,最多可以有7個分割槽,即179:1~179:7(定義於block.c alloc_disk(1 << 3);)。不過,SD卡一般只有一個分割槽。如果有第二塊SD卡插入,將會建立裝置節點mmcblk1(179:8)和mmcblk1p1(179:9)。
下面通過對塊裝置驅動block.c的分析,看看SD卡是如何在塊裝置層建立節點和傳輸資料的。
4.1 資料結構
每個驅動都會有一個數據結構。幸運的是,我們SD卡塊裝置驅動的資料結構相對簡單,在mmc_blk_data裡,主要有兩個成員,struct gendisk *disk和struct mmc_queue queue。
1) struct gendisk 是general disk的縮寫,代表個通用的塊裝置,其中包括塊裝置的主分割槽結構struct hd_struct part0, 塊裝置的行為函式struct block_device_operations *fops,以及請求佇列struct request_queue *queue等。
2) struct request_queue 存放所有I/O排程的演算法。
3) struct request 請求是I/O排程者排程的物件,其中的結構struct bio是整個請求佇列的核心,具體內容請參看LDD3。
4.2 塊裝置驅動
首先瀏覽一下原始碼,
static int __init mmc_blk_init(void)
{
register_blkdev(MMC_BLOCK_MAJOR, "mmc"); // 註冊主裝置號(若註冊成功,/proc/devices的塊裝置下會出現mmc)
mmc_register_driver(&mmc_driver);
return 0;
}
static struct mmc_driver mmc_driver = {
.drv = {
.name = "mmcblk",
},
.probe = mmc_blk_probe,
.remove = mmc_blk_remove,
.suspend = mmc_blk_suspend,
.resume = mmc_blk_resume,
};
static int mmc_blk_probe(struct mmc_card *card)
{
struct mmc_blk_data *md;
md = mmc_blk_alloc(card);
mmc_blk_set_blksize(md, card);
mmc_set_drvdata(card, md);
add_disk(md->disk);
return 0;
... ...
}
4.2.1 裝置驅動的初始化函式
仍然可以將驅動程式的初始化mmc_blk_probe(struct mmc_card *card)歸納為以下內容,
- 初始化裝置驅動的資料結構mmc_blk_data,並掛載到card->dev.driver_data
- 實現塊備驅動的功能函式struct block_device_operations *fops
- 註冊裝置,即註冊kobject,建立sys檔案,傳送uevent等
- 其他需求,如mmc_blk_set_blksize(md, card);
1) 初始化mmc_blk_data
static struct mmc_blk_data *mmc_blk_alloc(struct mmc_card *card)
{
struct mmc_blk_data *md;
md = kzalloc(sizeof(struct mmc_blk_data), GFP_KERNEL);
md->read_only = mmc_blk_readonly(card);
md->disk = alloc_disk(1 << 3); // 分配了8個可用裝置
spin_lock_init(&md->lock);
md->usage = 1;
ret = mmc_init_queue(&md->queue, card, &md->lock);
md->queue.issue_fn = mmc_blk_issue_rq;
md->queue.data = md;
md->disk->major = MMC_BLOCK_MAJOR;
md->disk->first_minor = devidx << MMC_SHIFT;
md->disk->fops = &mmc_bdops;
md->disk->private_data = md;
md->disk->queue = md->queue.queue;
md->disk->driverfs_dev = &card->dev;
blk_queue_logical_block_size(md->queue.queue, 512);
... ...
return md;
}
完成初始化後,通過mmc_set_drvdata(card, md);將資料掛載到card->dev.driver_data下。
2) 功能函式
static const struct block_device_operations mmc_bdops = {
.open = mmc_blk_open,
.release = mmc_blk_release,
.getgeo = mmc_blk_getgeo,
.owner = THIS_MODULE,
};
static int mmc_blk_open(struct block_device *bdev, fmode_t mode)
{
struct mmc_blk_data *md = mmc_blk_get(bdev->bd_disk);
... ...
}
struct block_device {
dev_t bd_dev; /* it's a search key */
struct inode * bd_inode; /* will die */
struct super_block * bd_super;
... ...
};
與字元驅動類似,通過dev_t和inode找到裝置。
3) 註冊驅動
void add_disk(struct gendisk *disk)
{
blk_register_region(disk_devt(disk), disk->minors, NULL, exact_match, exact_lock, disk);
register_disk(disk);
blk_register_queue(disk);
... ...
}
blk_register_region()在linux中實現了一種利用雜湊表管理裝置號的機制。
register_disk()對應alloc_disk(),完成對塊裝置的註冊,其實質是通過register_disk()->blkdev_get()->__blkdev_get()->rescan_partitions()->add_partitions()新增分割槽,建立裝置節點。
blk_register_queue()對應blk_init_queue()完成對請求佇列的註冊,其實質是通過elv_register_queue()註冊請求佇列的演算法。
關於塊裝置更為具體的程式碼分析可參看linux那些事。
4.2.2 請求佇列
mmc_init_queue申請並初始化一個請求佇列,開啟負責處理這個請求佇列的守護程序。
int mmc_init_queue(struct mmc_queue *mq, struct mmc_card *card, spinlock_t *lock)
{
struct mmc_host *host = card->host;
mq->card = card;
mq->queue = blk_init_queue(mmc_request, lock);
mq->queue->queuedata = mq;
mq->req = NULL;
blk_queue_prep_rq(mq->queue, mmc_prep_request); // 註冊mmc_prep_request演算法
blk_queue_ordered(mq->queue, QUEUE_ORDERED_DRAIN, NULL); //註冊ordered演算法
mq->thread = kthread_run(mmc_queue_thread, mq, "mmcqd");
... ...
}
1) mmc_request
它是處理SD卡通用的申請請求的回撥函式,或者說是SD卡申請請求的演算法。當CPU處於not busy狀態,會尋找一個請求,並試圖執行它。
/* /drivers/mmc/card/queue.c */
/*
* Generic MMC request handler. This is called for any queue on a
* particular host. When the host is not busy, we look for a request
* on any queue on this host, and attempt to issue it. This may
* not be the queue we were asked to process.
*/
static void mmc_request(struct request_queue *q)
{
struct mmc_queue *mq = q->queuedata;
struct request *req;
if (!mq) {
while ((req = blk_fetch_request(q)) != NULL) { // 尋找來自請求佇列的一個請求req
req->cmd_flags |= REQ_QUIET;
__blk_end_request_all(req, -EIO);
}
return;
}
if (!mq->req)
wake_up_process(mq->thread); // 如果佇列裡沒有請求req,喚醒守護程序
}
這裡我們需要關注這個處理該SD卡請求佇列的演算法是何時申請的,也就是何時會去申請請求,何時會去喚醒核心執行緒。
用到回撥函式q->request_fn有三處
- 塊裝置驅動註冊請求佇列blk_register_queue()
- 驅動程式出錯,清空請求佇列mmc_cleanup_queue()
- 實現請求佇列機制的blk_fetch_request內部本身
blk_fetch_request()->blk_peek_request()->__elv_next_request()->blk_do_ordered()->...->q->request_fn
我們不必深究所謂的電梯演算法,只要知道,它是使資料得以高效通訊的一種演算法,演算法自身決定何時去喚醒守護程序處理請求。
2) blk_init_queue()
如果一個塊裝置希望使用一個標準的請求處理步驟,那就必須使用blk_init_queue()。這個函式註冊了q->request_fn(這裡就是mmc_request),並初始化請求佇列的資料結構struct request_queue。
/*
* call blk_init_queue(). The function @rfn will be called when there
* are requests on the queue that need to be processed. If the device
* supports plugging, then @rfn may not be called immediately when requests
* are available on the queue, but may be called at some time later instead.
*/
struct request_queue *blk_init_queue(request_fn_proc *rfn, spinlock_t *lock)
{
return blk_init_queue_node(rfn, lock, -1);
}
其中的rfn就是請求佇列的一個演算法,即這裡的mmc_request。
struct request_queue *blk_init_queue_node(request_fn_proc *rfn, spinlock_t *lock, int node_id)
{
struct request_queue *q = blk_alloc_queue_node(GFP_KERNEL, node_id);
q->request_fn = rfn;
q->prep_rq_fn = NULL;
q->unplug_fn = generic_unplug_device;
q->queue_flags = QUEUE_FLAG_DEFAULT;
q->queue_lock = lock;
blk_queue_make_request(q, __make_request);
if (!elevator_init(q, NULL)) {
blk_queue_congestion_threshold(q);
return q;
}
... ...
}
3) kthead_run()
注意到mmc_init_queue這個函式的最後,建立並執行一個名為mmcqd的執行緒,顧名思意,mmc queue deamon它是一個SD卡的處理請求佇列的守護程序,或者說核心執行緒,當系統註冊SD卡塊裝置驅動時,就通過mmc_init_queue()開啟了這個核心執行緒。
4) mmc_queue_thread
看看這個核心執行緒做了些什麼,
static int mmc_queue_thread(void *d)
{
struct mmc_queue *mq = d;
struct request_queue *q = mq->queue;
current->flags |= PF_MEMALLOC;
down(&mq->thread_sem);
do {
struct request *req = NULL;
spin_lock_irq(q->queue_lock);
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
if (!blk_queue_plugged(q))
req = blk_fetch_request(q);
mq->req = req;
spin_unlock_irq(q->queue_lock);
if (!req) {
if (kthread_should_stop()) {
set_current_state(TASK_RUNNING);
break;
}
up(&mq->thread_sem);
schedule();
down(&mq->thread_sem);
continue;
}
set_current_state(TASK_RUNNING);
mq->issue_fn(mq, req);
} while (1);
up(&mq->thread_sem);
return 0;
}
首先,這個守護程序是一個while(1)死迴圈,如果沒有特殊要求,即kthread_should_stop()指定要把這個核心執行緒終止掉,那麼它將從系統啟動開始一直負責處理SD卡的請求佇列。
在迴圈內部,核心執行緒首先通過set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);設定當前執行緒為可打斷的等待執行緒,進入睡眠狀態,等待其他執行緒喚醒它,這裡喚醒它的就是處理SD卡請求的mmc_request,當mq->req為空,即當前沒有請求正在處理,則通過 wake_up_process(mq->thread);喚醒核心執行緒,接著該執行緒嘗試從請求佇列裡得到一個請求req,
-> 如果沒有請求,則呼叫schedule()交出cpu的使用權讓其自由排程,等到系統空閒時,再次得到cpu控制權,並且執行continue;退出當前迴圈,重新開始新的迴圈。
-> 如果得到了一個請求,則通過set_current_state(TASK_RUNNING);將該核心執行緒設定為當前正在執行的程序,並呼叫issue_fn(),即mmc_blk_issue_rq,處理這個請求,實現主控制器與SD卡的資料傳輸。
5) issue_fn
驅動初始化函式probe()裡的mmc_blk_alloc()裡註冊了這個回撥函式,md->queue.issue_fn =mmc_blk_issue_rq;
這個函式將req裡的成員解析成為mmc_blk_request裡的指令和資料,即mmc_command和mmc_data,然後通過mmc_wait_for_req()最終實現主控制器與SD卡間的通訊。
struct mmc_blk_request {
struct mmc_request mrq;
struct mmc_command cmd;
struct mmc_command stop;
struct mmc_data data;
};
static int mmc_blk_issue_rq(struct mmc_queue *mq, struct request *req)
{
struct mmc_blk_data *md = mq->data;
struct mmc_card *card = md->queue.card;
struct mmc_blk_request brq;
mmc_claim_host(card->host);
do {
brq.mrq.cmd = &brq.cmd;
brq.mrq.data = &brq.data;
brq.cmd.arg = blk_rq_pos(req); // 解析指令的引數
if (!mmc_card_blockaddr(card))
brq.cmd.arg <<= 9;
brq.cmd.flags = MMC_RSP_SPI_R1 | MMC_RSP_R1 | MMC_CMD_ADTC;
brq.data.blksz = 512;
brq.stop.opcode = MMC_STOP_TRANSMISSION;
brq.stop.arg = 0;
brq.stop.flags = MMC_RSP_SPI_R1B | MMC_RSP_R1B | MMC_CMD_AC;
brq.data.blocks = blk_rq_sectors(req); // 解析資料塊大小
if (rq_data_dir(req) == READ) { // 解析傳輸資料方向
brq.cmd.opcode = MMC_READ_MULTIPLE_BLOCK;
brq.data.flags |= MMC_DATA_READ;
} else {
brq.cmd.opcode = MMC_WRITE_MULTIPLE_BLOCK;
brq.data.flags |= MMC_DATA_WRITE;
}
mmc_wait_for_req(card->host, &brq.mrq); // 呼叫core協議層提供的介面函式,實現資料間通訊
... ...
}
mmc_release_host(card->host);
}