Linux驱动——mmc概念与框架（一）

小鱼儿 2022-09-16 15:29 698阅读 0赞

# Linux驱动——mmc概念与框架（一） #

备注：  
  1. Kernel版本：5.4  
  2. 使用工具：Source Insight 4.0  
  3. 参考博客：  
[Linux MMC framework(1)\_软件架构][Linux MMC framework_1]

[1. \[mmc subsystem\] 概念与框架][1. _mmc subsystem_]

### 文章目录 ###

*  Linux驱动——mmc概念与框架（一）
 *   *  概念
     *   *  mmc的概念
         *  mmc设备
         *  mmc协议
     *  软件架构
     *  sys下的文件节点说明
     *   *  bus节点
         *  host的class节点
         *  card对应的sys节点
         *  debug节点
         *  源码分析

## 概念 ##

### mmc的概念 ###

mmc有很多种意义，具体如下：

*  mmc  
      MultiMedia Card，多媒体存储卡， 但后续泛指一个接口协定（一种卡式），能符合这接口的内存器都可称作mmc储存体。

*  主要特性  
      工作电压：高电压为2.7～3.6 V，低电压为1.65～1.95 V，可选。

*  mmc总线  
      mmc总线是和I2C总线、SPI总线类似的一种总线结构。简化系统结构图如下（也可以理解为硬件框架图）：  
    ![在这里插入图片描述][ddb209196d0b470c85fcd56e2493b8f5.png_pic_center]

*  硬件特性

卡与主控制器间串行传送，工作时钟频率范围为0～200 MHz。  
  mmc总线上最多可识别64 K个mmc设备，在总线上不超过10个卡时，可运行到最高频率。

### mmc设备 ###

**使用mmc接口规范（MCI, Multimedia Card Interface）的设备都可以称之为mmc设备。**  
  可分成三个种类，如下：

*  **mmc type card**

（1）标准mmc卡：闪存卡的一种，使用mmc标准。  
（2）emmc：Embedded MultiMediaCard，是MMC协会所制定的内嵌式存储器标准规格，带有mmc接口，是具备mmc协议的芯片。

*  **sd type card**

（1）sd卡：SD卡为Secure Digital Memory Card, 即安全数码卡。它在MMC的基础上发展而来，增加了两个主要特色：SD卡强调数据的安全，可以设定所储存的使用权限，防止数据被他人复制。兼容mmc接口规范。

*  **sdio type card**

（1）sdio设备：SDIO是在SD标准上定义了一种外设接口，它和SD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准。在SDIO卡只需要SPI和1位SD传输模式。低速卡的目标应用是以最小的硬件开销支持低速IO能力。常见的sdio设备有Wi-Fi card、Bluetooth card等等。

**注意，这几种类型的card统称为mmc card。**

### mmc协议 ###

类似i2c协议、spi协议，mmc总线上也有一套自己的通讯规范。通信规范后续在说明。

而上述mmc设备基于上mmc总线通讯规范上由自身硬件特性设置了自己的一套协议。

jedec的协议规范可以去jedec的官网上下载。

*  标准mmc卡协议

<1> mmc4.0  
[<2> mmc4.1《MultiMediaCard (MMC) Electrical Standard, Standard Capacity (MMCA, 4.1)》][2_ mmc4.1_MultiMediaCard _MMC_ Electrical Standard_ Standard Capacity _MMCA_ 4.1]

[<3>mmc4.2《MultiMediaCard (MMC) Electrical Standard, High Capacity (MMCA, 4.2)》][3_mmc4.2_MultiMediaCard _MMC_ Electrical Standard_ High Capacity _MMCA_ 4.2]

*  emmc协议（主要区别主要在读写速度上）

[<1> emmc4.41《Embedded MultiMediaCard(e•MMC) e•MMC/Card Product Standard, High Capacity, including Reliable Write, Boot, Sleep Modes, Dual Data Rate, Multiple Partitions Supports, Security Enhancement, Background Operation and High Priority Interrupt (MMCA, 4.41)》][1_ emmc4.41_Embedded MultiMediaCard_e_MMC_ e_MMC_Card Product Standard_ High Capacity_ including Reliable Write_ Boot_ Sleep Modes_ Dual Data Rate_ Multiple Partitions Supports_ Security Enhancement_ Background Operation and High Priority Interrupt _MMCA_ 4.41]

[<2> emmc4.51《Embedded Multimedia Card (e•MMC), Electrical Standard 4.51》][2_ emmc4.51_Embedded Multimedia Card _e_MMC_ Electrical Standard 4.51]

[<3> emmc5.0《Embedded Multi-Media Card (e•MMC) Electrical Standard (5.01)》][3_ emmc5.0_Embedded Multi-Media Card _e_MMC_ Electrical Standard _5.01]

[<4> emmc5.1《Embedded Multi-Media Card (e•MMC) Electrical Standard (5.1)》][4_ emmc5.1_Embedded Multi-Media Card _e_MMC_ Electrical Standard _5.1]

*  sd协议

[<1> sd1.0《SD Host Controller Simplified Specification》][1_ sd1.0_SD Host Controller Simplified Specification]

[<2> sd2.0《SD Host Controller Simplified Specification》][1_ sd1.0_SD Host Controller Simplified Specification]

[<3> sd3.0《SD Host Controller Simplified Specification》][1_ sd1.0_SD Host Controller Simplified Specification]

[<4> sdio4.2《SD Host Controller Simplified Specification》][4_ sdio4.2_SD Host Controller Simplified Specification]

*  sdio协议

[<1> sdio1.0《SDIO Simplified Specification》][1_ sd1.0_SD Host Controller Simplified Specification]

[<2> sdio1.1《SDIO Simplified Specification》][1_ sd1.0_SD Host Controller Simplified Specification]

[<3> sdio2.0《SDIO Simplified Specification》][1_ sd1.0_SD Host Controller Simplified Specification]

[<4> sdio3.0《SDIO Simplified Specification》][4_ sdio4.2_SD Host Controller Simplified Specification]

## 软件架构 ##

![请添加图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

MMC framework分别有“从左到右”和“从下到上”两种层次结构。

--------------------

*  1） 从左到右  
      MMC协议是一个总线协议，因此包括Host controller、Bus、Card三类实体（从左到右）。相应的，MMC framework抽象出了host、bus、card三个软件实体，以便和硬件一一对应：

host，负责驱动Host controller，提供诸如访问card的寄存器、检测card的插拔、读写card等操作方法。从设备模型的角度看，host会检测卡的插入，并向bus注册MMC card设备；

bus，是MMC bus的虚拟抽象，以标准设备模型的方式，收纳MMC card（device）以及对应的MMC driver（driver）；

card，抽象具体的MMC卡，由对应的MMC driver驱动（从这个角度看，可以忽略MMC的技术细节，只需关心一个个具有特定功能的卡设备，如存储卡、WIFI卡、GPS卡等等）。

--------------------

*  2）从下到上

MMC framework从下到上也有3个层次（老生常谈了）：

MMC core位于中间，是MMC framework的核心实现，负责抽象host、bus、card等软件实体，负责向底层提供统一、便利的编写Host controller driver的API；  
  MMC host controller driver位于底层，基于MMC core提供的框架，驱动具体的硬件（MMC controller）；  
  MMC card driver位于最上面，负责驱动MMC core抽象出来的虚拟的card设备，并对接内核其它的framework（例如块设备、TTY、wireless等），实现具体的功能。  
  **这里补充说明，sdhci并不是实际的host驱动，而是上述说明的sdhc标准的host的驱动部分，如：sdhci-msm和sdhci-s3c都使用了SDHC标准。**

--------------------

*  3）文件目录结构  
        
      Linux kernel把mmc,sd以及sdio三者的驱动代码整合在一起，俗称mmc子系统。源码位于drivers/mmc下。其下有两个子目录，分别是：  
    ![请添加图片描述][9ef93658c5c042eab25493c44cf600c5.png]

--------------------

**core（核心层）**  
主要子文件：bus.h/.c、core.h/.c、host.h/.c、mmc.c、sdio.c、sd.c、block.c、queue.h、queue.c等。  
  作用一：主要是按照 LINUX 块设备驱动程序的框架实现一个卡的块设备驱动；  
  作用二：核心层封装了 MMC/SD 卡的命令，例如存储卡的识别，设置，读写；

文件说明：  
  block.c： 在 该文件当中我们可以看到写一个块设备驱动程序时需要的 **block\_device\_operations** 结构体变量的定义，其中有 **open/release/ioctl** 函数的实现；

queue.c ：则是对内核提供的请求队列的封装，我们暂时不用深入理解它，只需要知道一个块设备需要一个请求队列就可以了。

bus：总线相关操作，连接驱动和设备的桥梁；

core：提供存储卡的相关操作，core.c由 sd.c、mmc.c 两个文件支撑的， core.c 把 MMC 卡、 SD 卡的共性抽象出来，它们的差别由 sd.c 和 sd\_ops.c 、 mmc.c 和 mmc\_ops.c 来完成。

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**host（主机控制层）**  
  主机控制器则是依赖于不同的平台的，例如 s3c2410 的卡控制器和 atmel 的卡控制器必定是不一样的，所以要针对不同的控制器来实现。  
  以 s3cmci.c 为例，它首先要进行一些设置，例如中断函数注册，全能控制器等等。然后它会向 core 层注册一个主机（ host ），用结构 mmc\_host\_ops 描述，这样核心层就可以拿着这个 host 来操作 s3c24xx 的卡控制器了，而具体是 s3c24xx 的卡控制器还是 atmel 的卡控制器， core 层是不用知道的。

## sys下的文件节点说明 ##

### bus节点 ###

mmc bus节点的对应路径为/sys/bus/mmc。在mmc\_register\_bus中生成。

在devices目录下有如下节点
    /sys/bus/mmc/devices/mmc0:5048
    其中mmc0:5048就是mmc core抽象出来的card设备，对应于我们板子上的sd。
    对应代码参考mmc_alloc_card & mmc_add_card。
    
    在drivers目录下有如下节点
    /sys/bus/mmc/drivers/mmcblk
    其中mmcblk就是block.c中实现的card driver。
    对应代码参考mmc_register_driver。

在devices目录下有如下节点
    /sys/bus/sdio/devices/mmc1:0001:1
    其中mmc1:0001:1就是mmc core抽象出来的card设备，对应于我们板子上的sdio wifi。
    对应代码参考mmc_alloc_card & mmc_add_card。
    
    在drivers目录下有如下节点
    /sys/bus/sdio/drivers/rtl8189fs

### host的class节点 ###

mmc core实现了一个class用于维护和管理mmc host。其对应路径为/sys/class/mmc\_host。mmc core会为每个注册到mmc core中的mmc host在该class目录下添加一个对应的节点。在mmc\_add\_host中生成。  
示例如下：

创建class的代码参考mmc_register_host_class
    
    
    在/sys/class/mmc_host下有如下目录：
    /sys/class/mmc_host/mmc0 
    /sys/class/mmc_host/mmc1
    mmc0就是对应alias序号为0的host，而mmc1就是对应alias序号为1的host。 具体代码参考mmc_alloc_host。
    
    
    /sys/class/mmc_host/mmc0下有如下属性：
    device     mmc0:5048  power      subsystem  uevent
    
    /sys/class/mmc_host/mmc1下有如下属性：
    device     mmc1:0001  power      subsystem  uevent

### card对应的sys节点 ###

mmc core把mmc设备抽象为card设备。  
从两个地方可以找到其对应的sys节点。  
简单示例如下：

以mmc0：5048设备为例，mmc0表示这个card挂载mmc0这个host上，0001表示card设备地址为5048（也就是RCA，协议的东西，后续会说明）
    （1）/sys/bus/mmc/devices/mmc0:5048（因为是挂在mmc bus上）
    （2）/sys/class/mmc_host/mmc0/mmc0:5048（因为card的parent device为mmc host的class device）
    具体代码参考mmc_alloc_card & mmc_add_card。
    
    其有如下属性：
    block                 hwrev                 scr
    cid                   manfid                serial
    csd                   name                  ssr
    date                  ocr                   subsystem
    driver                oemid                 type
    dsr                   power                 uevent
    erase_size            preferred_erase_size
    fwrev                 rca

### debug节点 ###

mmc core为每个注册到core中的host创建了对应的debug节点。  
  以mmc0这个host为例，其对应节点路径为/sys/kernel/debug/mmc0。

/sys/kernel/debug/mmc0有如下属性：
    caps       caps2      clock      ios        mmc0:5048
    具体代码参考mmc_add_host——》mmc_add_host_debugfs
    
    
    mmc0:5048下有如下debug属性： 
    state   status

### 源码分析 ###

源码路径：drivers/mmc/core/core.c

static int __init mmc_init(void)
    {
    	int ret;
    
    	ret = mmc_register_bus();//注册mmc bus
    	if (ret)
    		return ret;
    
    	ret = mmc_register_host_class(); //注册mmc_host class
    	if (ret)
    		goto unregister_bus;
    
    	ret = sdio_register_bus();  //注册sdio bus
    	if (ret)
    		goto unregister_host_class;
    
    	return 0;
    
    unregister_host_class:
    	mmc_unregister_host_class();
    unregister_bus:
    	mmc_unregister_bus();
    	return ret;
    }
    
    static void __exit mmc_exit(void)
    {
    	sdio_unregister_bus();
    	mmc_unregister_host_class();
    	mmc_unregister_bus();
    }
    
    subsys_initcall(mmc_init);
    module_exit(mmc_exit);
    
    MODULE_LICENSE("GPL");

**mmc bus注册：**  
源码路径：drivers/mmc/core/bus.c

static struct bus_type mmc_bus_type = {
    	.name		= "mmc",
    	.dev_groups	= mmc_dev_groups,
    	.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,
    };
    
    int mmc_register_bus(void)
    {
    	return bus_register(&mmc_bus_type);
    }

**sdio bus注册：**  
源码路径：drivers/mmc/core/sdio\_bus.c

static struct bus_type sdio_bus_type = {
    	.name		= "sdio",
    	.dev_groups	= sdio_dev_groups,
    	.match		= sdio_bus_match,
    	.uevent		= sdio_bus_uevent,
    	.probe		= sdio_bus_probe,
    	.remove		= sdio_bus_remove,
    	.pm		= &sdio_bus_pm_ops,
    };
    
    int sdio_register_bus(void)
    {
    	return bus_register(&sdio_bus_type);
    }

**mmc\_host class注册：**  
源码路径：drivers/mmc/core/host.c

static struct class mmc_host_class = {
    	.name		= "mmc_host",
    	.dev_release	= mmc_host_classdev_release,
    };
    
    int mmc_register_host_class(void)
    {
    	return class_register(&mmc_host_class);
    }

[Linux MMC framework_1]: http://www.wowotech.net/comm/mmc_framework_arch.html
[1. _mmc subsystem_]: https://www.cnblogs.com/linhaostudy/p/10786157.html
[ddb209196d0b470c85fcd56e2493b8f5.png_pic_center]: /images/20220828/00dd38c4c7814f37a1a6815380d6a8b8.png
[2_ mmc4.1_MultiMediaCard _MMC_ Electrical Standard_ Standard Capacity _MMCA_ 4.1]: https://www.jedec.org/system/files/docs/JESD84-B41.pdf
[3_mmc4.2_MultiMediaCard _MMC_ Electrical Standard_ High Capacity _MMCA_ 4.2]: https://www.jedec.org/system/files/docs/JESD84-B42.pdf
[1_ emmc4.41_Embedded MultiMediaCard_e_MMC_ e_MMC_Card Product Standard_ High Capacity_ including Reliable Write_ Boot_ Sleep Modes_ Dual Data Rate_ Multiple Partitions Supports_ Security Enhancement_ Background Operation and High Priority Interrupt _MMCA_ 4.41]: https://www.jedec.org/system/files/docs/JESD84-A441.pdf
[2_ emmc4.51_Embedded Multimedia Card _e_MMC_ Electrical Standard 4.51]: https://www.jedec.org/sites/default/files/docs/JESD84-B451.pdf
[3_ emmc5.0_Embedded Multi-Media Card _e_MMC_ Electrical Standard _5.01]: https://www.jedec.org/sites/default/files/docs/JESD84-B50-1.pdf
[4_ emmc5.1_Embedded Multi-Media Card _e_MMC_ Electrical Standard _5.1]: https://www.jedec.org/sites/default/files/docs/JESD84-B51.pdf
[1_ sd1.0_SD Host Controller Simplified Specification]: https://www.sdcard.org/downloads/pls/archives/
[4_ sdio4.2_SD Host Controller Simplified Specification]: https://www.sdcard.org/downloads/pls/
[watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]: /images/20220828/4f2f97a900a54192b4df05a3e55524fc.png
[9ef93658c5c042eab25493c44cf600c5.png]: /images/20220828/9e9dff12817e41448cd5f29ab8e270ff.png