Linux驱动——mmc card热插拔检测机制（十）

Bertha 。 2022-09-16 15:30 881阅读 0赞

# Linux驱动——mmc card热插拔检测机制（十） #

备注：  
  1. Kernel版本：5.4  
  2. 使用工具：Source Insight 4.0  
  3. 参考博客：  
[\[sd card\] mmc硬件总线扫描流程（以sd card为例）][sd card_ mmc_sd card]

### 文章目录 ###

*  Linux驱动——mmc card热插拔检测机制（十）
 *   *  前言
     *  卡检测时机
     *   *  启动host时，检测
         *  中断检测
         *  轮询检测
     *  如何扫描mmc硬件总线
     *   *  detect task的创建
         *  detect task的唤醒
         *  detect task的实现
     *  sd card热插拔状态的获取
     *   *  获取sd card当前的插入状态
         *  通过GPIO获取当前sd card的插入状态
     *  sd card热插拔的实现
     *   *  中断监控
         *  轮询监控

## 前言 ##

扫描mmc硬件总线，也就是检测mmc硬件总线上是否有挂载card。更加通俗的，就是卡槽上是否有插入card。  
  检测机制有如下两种：

*  中断检测
 *  轮询检测

## 卡检测时机 ##

mmc core在如下情况下会去扫描mmc硬件总线:

*  1.  启动host时，调用\_mmc\_detect\_change，唤醒host->detect；
 *  1.  cd-gpio中断检测到card状态发送变化，调用mmc\_detect\_change，唤醒host->detect；
 *  1.  host要求轮询sd card插入状态的情况下，所进行的轮询操作；

### 启动host时，检测 ###

当启动一个host的时候，并不知道当前是否有card插入，此时需要调用mmc\_detect\_change来假设card插入状态发生了变化，并且进行第一次扫描mmc硬件总线。

mmc_add_host——>mmc_start_host——>_mmc_detect_change

核心代码如下：

void mmc_start_host(struct mmc_host *host)
    {
        ......
    	//申请 cd_gpio
    	mmc_gpiod_request_cd_irq(host);
    
    	/* 到这里host已经可以工作了，可以开始进行后续的card操作了 */
    	_mmc_detect_change(host, 0, false); // 调用mmc_detect_change检测card变化
    }

### 中断检测 ###

底层硬件发现card插入状态发生变化而调用mmc\_detect\_change的时候（sd card插入状态监控）。  
  当底层硬件发现card插入状态发生变化，例如sd card的插入或者拔出可以触发某个GPIO产生中断。  
  此时，可以在中断处理中调用mmc\_detect\_change来进行扫描mmc硬件总线，并且根据总线上的card状态变化进行处理。  
这种情况的主要目的是为了实现sd card的热插拔。

static irqreturn_t mmc_gpio_cd_irqt(int irq, void *dev_id)
    {
    	/* Schedule a card detection after a debounce timeout */
    	struct mmc_host *host = dev_id;
    	struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv;
    
    	host->trigger_card_event = true;
        
        // 调用mmc_detect_change对card的插入状态变化进行处理 
        // 注意，这里ctx->cd_debounce_delay_ms=200，延时了200ms是用来进行消抖
    	mmc_detect_change(host, msecs_to_jiffies(ctx->cd_debounce_delay_ms));
    
    	return IRQ_HANDLED;
    }

### 轮询检测 ###

host要求轮询sd card插入状态的情况下，所进行的轮询操作（sd card插入状态监控）。

一般来说，在host无法根据硬件来及时获取card插入状态发生变化的情况下，会要求mmc\_core每隔一段时间（一般是HZ，一秒）扫描一次mmc硬件总线。

在这种情况下，mmc\_host的MMC\_CAP\_NEEDS\_POLL属性会被设置。  
  **这种情况的主要目的也是为了实现sd card的热插拔。**

void mmc_rescan(struct work_struct *work)
    {
    	struct mmc_host *host =
    		container_of(work, struct mmc_host, detect.work);
    	int i;
        
        ......
        
     out:
    	// 当host设置了MMC_CAP_NEEDS_POLL属性时，需要每隔HZ的时间轮询检测host的卡槽状态，
    	// 调度了host->detect工作，对应就是mmc_rescan
            // INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan) 
           // 这样，通过mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ)就会每隔HZ时间就会执行一次mmc_rescan
    	if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
    		mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
    }

## 如何扫描mmc硬件总线 ##

从上述，我们知道了可以通过调用mmc\_detect\_change和执行host->detect工作来发起mmc硬件总线的扫描。而mmc\_detect\_change最终也是执行mmc\_host->detect工作来发起mmc硬件总线扫描的。

### detect task的创建 ###

struct mmc_host *mmc_alloc_host(int extra, struct device *dev)
    {
        ......
    	// 初始化detect工作为mmc_rescan，
    	// 后续调度host->detect来检测是否有card插入时，
    	// 就会调用到mmc_rescan
    	INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);
        ......
     }

### detect task的唤醒 ###

**mmc\_detect\_change：**

void mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay)
    {
    	_mmc_detect_change(host, delay, true);
    }
    EXPORT_SYMBOL(mmc_detect_change);

**\_mmc\_detect\_change：**

void _mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay, bool cd_irq)
    {
    	/*
    	 * If the device is configured as wakeup, we prevent a new sleep for
    	 * 5 s to give provision for user space to consume the event.
    	 */
    	if (cd_irq && !(host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL) &&
    		device_can_wakeup(mmc_dev(host)))
    		pm_wakeup_event(mmc_dev(host), 5000);
    
    	host->detect_change = 1; // 检测到card状态发生变化的标识
    	mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay); // 间隔delay jiffies之后调用host->detect的工作(mmc_rescan)
    }

### detect task的实现 ###

首先说明，当mmc core检测到一张card并且初始化该card完成时，会将该mmc\_bus于该card绑定，相应的mmc\_bus的操作mmc\_bus\_ops就会被设置成对应card类型的操作集。

例如emmc的话就是mmc\_ops，sd card的话就是mmc\_sd\_ops，sdio card就是mmc\_sdio\_ops。

所以mmc\_rescan主要是进行以下两种操作：

*  当mmc\_host的mmc\_bus\_ops没有被设置的时候  
      这种情况下，说明mmc\_bus并没有和card绑定。也就是之前并没有card插入或者识别初始化card的过程中失败了。  
      所以只需要去判断当前是否有card插入，如果有的话，进行card的识别和初始化操作（并且会设置mmc\_bus\_ops）。否则，说明都不做。
 *  当mmc\_host的mmc\_bus\_ops被设置的时候  
      这种情况下，说明mmc\_bus已经和card绑定了。也就是之前已经有card插入并且初始化成功了。  
      那么此时，需要调用mmc\_bus\_ops中的detect方法（对于sd card来说就是mmc\_sd\_detect）来判断card是否被移除，并且进行相应的动作。

void mmc_rescan(struct work_struct *work)
    {
    	struct mmc_host *host =
    		container_of(work, struct mmc_host, detect.work);
    	int i;
    
    	/* 如果rescan_disable被设置，说明host此时还禁止rescan */
    	if (host->rescan_disable)
    		return;
    
    	/* If there is a non-removable card registered, only scan once */
    	/* 对于设备不可移除的host来说，只能rescan一次 */
    	if (!mmc_card_is_removable(host) && host->rescan_entered)
    		return;
    	host->rescan_entered = 1;
    
    	if (host->trigger_card_event && host->ops->card_event) {
    		mmc_claim_host(host);
    		host->ops->card_event(host);
    		mmc_release_host(host);
    		host->trigger_card_event = false;
    	}
    
    	mmc_bus_get(host);// 获取host对应的bus
    
    	/* Verify a registered card to be functional, else remove it. */
    	if (host->bus_ops && !host->bus_dead)
    		host->bus_ops->detect(host);
    
    	host->detect_change = 0;
    
    	/*
    	 * Let mmc_bus_put() free the bus/bus_ops if we've found that
    	 * the card is no longer present.
    	 */
    	mmc_bus_put(host);
    	// 因为在这个函数的前面已经获取了一次host，
    	// 可能导致host->bus_ops->detect中检测到card拔出之后，
    	// 没有真正释放到host的bus，所以这里先put一次
    	// host bus的计数（bus_refs）为0的时候，会调用__mmc_release_bus清空host bus的信息
    	mmc_bus_get(host);
    
    	/* if there still is a card present, stop here */
    	if (host->bus_ops != NULL) {
    		mmc_bus_put(host);
    		goto out;
    	}
    
    	/*
    	 * Only we can add a new handler, so it's safe to
    	 * release the lock here.
    	 */
    	mmc_bus_put(host);
    
    	mmc_claim_host(host);
    	if (mmc_card_is_removable(host) && host->ops->get_cd &&
    			host->ops->get_cd(host) == 0) {
    		mmc_power_off(host);
    		mmc_release_host(host);
    		goto out;
    	}
    
    	// 调用mmc_rescan_try_freq，以支持的最低频率作为工作频率尝试搜索card
    	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(freqs); i++) {
    		if (!mmc_rescan_try_freq(host, max(freqs[i], host->f_min)))
    			break;
    		if (freqs[i] <= host->f_min)
    			break;
    	}
    	mmc_release_host(host);
    
     out:
    	// 当host设置了MMC_CAP_NEEDS_POLL属性时，需要每隔HZ的时间轮询检测host的卡槽状态，
    	// 调度了host->detect工作，对应就是mmc_rescan
    	if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
    		mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
    }

## sd card热插拔状态的获取 ##

### 获取sd card当前的插入状态 ###

一般来说有两种方式来获取到sd card当前的插入状态  
**（1）GPIO获取的方法**  
可以通过sd card的card detect引脚来判断当前是否有sd card插入  
**（2）host寄存器获取的方法**  
某些host在硬件上有识别sd card是否插入的能力。这种情况下，可以通过读取host的寄存器来获取到当前是否有sd card插入。

### 通过GPIO获取当前sd card的插入状态 ###

以TF card为例，卡座功能管脚定义：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA5qWT5r2H5r2H_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16_pic_center]

可以观察到，虽然TF CARD（micro）只有8个引脚，但是卡座另外定义了一个CD引脚（DET\_SWITCH）。  
我的猜想是，对于某些tf card卡座来说，当tf card插入时，会把CD引脚（DET\_SWITCH）直接定义到连接到groud上去。  
所以，这里可以梳理出，

*  当card没有插入的情况下，由于外部上拉的关系，cpu连接到DET\_SWITCH的gpio为高电平。
 *  当card插入时，tf card卡座会把DET\_SWITCH拉低，相应的，cpu连接到DET\_SWITCH的gpio为低电平。

**当然，上述只是一种情况，具体cd gpio的电平情况取决于使用的卡座的实现。**

*  注册card插入状态检测GPIO软件介绍

mmc core中的mmc\_start\_host调用mmc\_gpiod\_request\_cd\_irq来为host定义自己的cd-detect引脚，也就是对应上面连接到卡座上的CD引脚的GPIO。  
mmc\_gpiod\_request\_cd\_irq具体实现如下：

void mmc_gpiod_request_cd_irq(struct mmc_host *host)
    {
    	// struct mmc_gpio用来表示连接卡槽的一些GPIO的状态
    	struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv;
    	int irq = -EINVAL;
    	int ret;
    
    	if (host->slot.cd_irq >= 0 || !ctx || !ctx->cd_gpio)
    		return;
    
    	/*
    	 * Do not use IRQ if the platform prefers to poll, e.g., because that
    	 * IRQ number is already used by another unit and cannot be shared.
    	 */
    	// cd-gpio 不支持中断功能时，使用轮询检测，不申请gpio irq
    	if (!(host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL))
    		irq = gpiod_to_irq(ctx->cd_gpio);
    
    	if (irq >= 0) {
    		if (!ctx->cd_gpio_isr)
    			ctx->cd_gpio_isr = mmc_gpio_cd_irqt;
    		ret = devm_request_threaded_irq(host->parent, irq,
    			NULL, ctx->cd_gpio_isr,
    			IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT,
    			ctx->cd_label, host);
    		if (ret < 0)
    			irq = ret;
    	}
    
    	host->slot.cd_irq = irq;
    
    	if (irq < 0)
    		host->caps |= MMC_CAP_NEEDS_POLL;
    }

所以后续就可以通过读取 mmc\_host->slot.handler\_priv->cd\_gpio的电平状态来判断当前card的插入状态。

**1. 通过GPIO获取当前sd card的插入状态**

在上述通过mmc\_gpiod\_request\_cd\_irq注册完成cd gpio之后，就可以通过mmc\_gpio\_get\_cd来获取card的插入状态。当其返回1时，表示当前有card插入，当其返回0是，表示当前没有card插入。  
其实现如下：

int mmc_gpio_get_cd(struct mmc_host *host)
    {
    	struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv; // 提取出host对应的struct mmc_gpio
    	int cansleep;
    
    	if (!ctx || !ctx->cd_gpio) // 如果没有注册cd gpio的情况下，直接返回了
    		return -ENOSYS;
    
    	cansleep = gpiod_cansleep(ctx->cd_gpio);
    	if (ctx->override_cd_active_level) {
    		int value = cansleep ?
    				gpiod_get_raw_value_cansleep(ctx->cd_gpio) :
    				gpiod_get_raw_value(ctx->cd_gpio);
    		return !value ^ !!(host->caps2 & MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH);
    	}
    
    	// 因为mmc_gpio_get_cd返回1表示有card插入，返回0是表示没有card插入
    	// MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH属性被设置的话，表示当有card插入时为cd gpio为高电平（主要取决于卡座）
    	// 假设这里MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH没有被设置，也就是有card插入时cd gpio为低电平
    	// 当cd gpio检测到低电平的时候，相当于是!0 ^ 0=1，因此会返回1，有card插入
    	// 当cd gpio检测到高电平的时候，相当于是!1 ^ 0=0，因此会返回0，没有card插入
    	return cansleep ?
    		gpiod_get_value_cansleep(ctx->cd_gpio) :
    		gpiod_get_value(ctx->cd_gpio);
    }
    EXPORT_SYMBOL(mmc_gpio_get_cd);

**2. 通过host寄存器获取当前card插入状态**

前提是某些host在硬件上有识别sd card是否插入的能力。这种情况下，可以通过读取host的寄存器来获取到当前是否有sd card插入。

**以sdhci类host为例：**

static int sdhci_get_cd(struct mmc_host *mmc)
    {
    	struct sdhci_host *host = mmc_priv(mmc);
        
           // 通过调用mmc_gpio_get_cd，通过cd gpio获取当前的card插入状态，对应上述“通过GPIO获取当前sd card的插入状态”
    	int gpio_cd = mmc_gpio_get_cd(mmc);
    
    	if (host->flags & SDHCI_DEVICE_DEAD)
    		return 0;
    
    	/* If nonremovable, assume that the card is always present. */
       // 对于不可移除的设备，总是返回1
    	if (!mmc_card_is_removable(host->mmc))
    		return 1;
    
    	/*
    	 * Try slot gpio detect, if defined it take precedence
    	 * over build in controller functionality
    	 */
        // mmc_gpio_get_cd返回值有效的话，返回插入状态
    	if (gpio_cd >= 0)
    		return !!gpio_cd;
    
    	/* If polling, assume that the card is always present. */
        
        // 因为host并不一定有通过mmc_gpio_request_cd注册cd gpio，也就是没有实现“通过GPIO获取当前sd card的插入状态” 
        // 这种情况下就尝试通过用sdhci的寄存器来获取
        
        
    // 当SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION被设置的时候，说明该host并没有提供检测card插入状态检测的能力， 
    // 直接返回1，假设插入，由后续协议的工作来尝试初始化
    	if (host->quirks & SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION)
    		return 1;
    
    	/* Host native card detect */
        
        // 读取sdhci的SDHCI_PRESENT_STATE的bit SDHCI_CARD_PRESENT来获取card的插入状态。
    	return !!(sdhci_readl(host, SDHCI_PRESENT_STATE) & SDHCI_CARD_PRESENT);
    }

## sd card热插拔的实现 ##

sd card热插拔实现，就是对sd card的插入状态的监控。通常来说有两种方式中断监控和轮询监控。mmc core会选择其中的一种方式来监控sd card的插入状态。

### 中断监控 ###

通过sd card的cd引脚的电平变化来触发中断，从而告知cpu说sd card的插入状态已经发生了变化。实现方式如下：

**cd-gpio的解析：**  
在dts中的定义如下：

&mmc0 {
        // cd-gpios这个属性名的定义取决于host driver将cd gpio定义成了什么名字
        // pio，也就是要使用的GPIO所使用的gpio controller
        // 2：sd card的cd引脚所连接的pin_group
        // 1：sd card的cd引脚所连接的pin_num
        //GPIO_ACTIVE_LOW：取决于host driver如何解释这个flag的，一般来说，GPIO_ACTIVE_LOW表示低电平有card插入，GPIO_ACTIVE_HIGH则表示高电平有card插入
    	cd-gpios = <&pio 2 1 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* PC1*/
    };

在mmc host将对cd-gpios进行解析，具体实现方式如下：

int mmc_of_parse(struct mmc_host *host)
    {
    	struct device *dev = host->parent;
    
        ......
        
    	/* Parse Card Detection */
    	// 获取卡不可移除标志
    	if (device_property_read_bool(dev, "non-removable")) {
    		host->caps |= MMC_CAP_NONREMOVABLE;
    	} else {
    		cd_cap_invert = device_property_read_bool(dev, "cd-inverted");
    
    		if (device_property_read_u32(dev, "cd-debounce-delay-ms",
    					     &cd_debounce_delay_ms))
    			cd_debounce_delay_ms = 200;
    
    		// 获取轮询查询卡状态标志
    		if (device_property_read_bool(dev, "broken-cd"))
    			host->caps |= MMC_CAP_NEEDS_POLL;
    
    		// 申请cd-gpio管脚
    		ret = mmc_gpiod_request_cd(host, "cd", 0, false,
    					   cd_debounce_delay_ms * 1000,
    					   &cd_gpio_invert);
    		if (!ret)
    			dev_info(host->parent, "Got CD GPIO\n");
    		else if (ret != -ENOENT && ret != -ENOSYS)
    			return ret;
    
    		/*
    		 * There are two ways to flag that the CD line is inverted:
    		 * through the cd-inverted flag and by the GPIO line itself
    		 * being inverted from the GPIO subsystem. This is a leftover
    		 * from the times when the GPIO subsystem did not make it
    		 * possible to flag a line as inverted.
    		 *
    		 * If the capability on the host AND the GPIO line are
    		 * both inverted, the end result is that the CD line is
    		 * not inverted.
    		 */
    		if (cd_cap_invert ^ cd_gpio_invert)
    			host->caps2 |= MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH;
    	}
    
       .......
    }

int mmc_gpiod_request_cd(struct mmc_host *host, const char *con_id,
    			 unsigned int idx, bool override_active_level,
    			 unsigned int debounce, bool *gpio_invert)
    {
    	struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv;
    	struct gpio_desc *desc;
    	int ret;
    
    	// 申请cd-gpio，并将配置为输入方向
    	desc = devm_gpiod_get_index(host->parent, con_id, idx, GPIOD_IN);
    	if (IS_ERR(desc))
    		return PTR_ERR(desc);
    
    	// 若支持硬件防抖，则配置
    	if (debounce) {
    		ret = gpiod_set_debounce(desc, debounce);
    		if (ret < 0)
    			ctx->cd_debounce_delay_ms = debounce / 1000;
    	}
    
    	// 获取有效电平是否需要反转
    	if (gpio_invert)
    		*gpio_invert = !gpiod_is_active_low(desc);
    
    	ctx->override_cd_active_level = override_active_level;
    	ctx->cd_gpio = desc;
    
    	return 0;
    }
    EXPORT_SYMBOL(mmc_gpiod_request_cd);
    
    bool mmc_can_gpio_cd(struct mmc_host *host)
    {
    	struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv;
    
    	return ctx->cd_gpio ? true : false;
    }
    EXPORT_SYMBOL(mmc_can_gpio_cd);

**注册cd-gpio中断引脚：**

void mmc_gpiod_request_cd_irq(struct mmc_host *host)
    {
    	// struct mmc_gpio用来表示连接卡槽的一些GPIO的状态
    	struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv;
    	int irq = -EINVAL;
    	int ret;
    
    	if (host->slot.cd_irq >= 0 || !ctx || !ctx->cd_gpio)
    		return;
    
    	/*
    	 * Do not use IRQ if the platform prefers to poll, e.g., because that
    	 * IRQ number is already used by another unit and cannot be shared.
    	 */
    	// cd-gpio 不支持中断功能时，使用轮询检测，不申请gpio irq
    	if (!(host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL))
    		irq = gpiod_to_irq(ctx->cd_gpio);
    
    	if (irq >= 0) {
    		if (!ctx->cd_gpio_isr)
    			ctx->cd_gpio_isr = mmc_gpio_cd_irqt;
    		ret = devm_request_threaded_irq(host->parent, irq,
    			NULL, ctx->cd_gpio_isr,
    			IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT,
    			ctx->cd_label, host);
    		if (ret < 0)
    			irq = ret;
    	}
    
    	host->slot.cd_irq = irq;
    
    	// 如果设置成中断监控的方式失败的情况下，设置轮询标识MMC_CAP_NEEDS_POLL，使能轮询监控
    	if (irq < 0)
    		host->caps |= MMC_CAP_NEEDS_POLL;
    }

**中断监控的中断处理函数mmc\_gpio\_cd\_irqt：**

### 轮询监控 ###

主要实现为每隔一段时间（一般是HZ,1s）扫描一下mmc硬件总线。

*  对应需要设置的属性标识  
    需要设置mmc\_host的MMC\_CAP\_NEEDS\_POLL属性标识实现方式  
    **dts的配置：**

&mmc0 {
    	broken-cd;
        
         // cd-gpios这个属性名的定义取决于host driver将cd gpio定义成了什么名字
        // pio，也就是要使用的GPIO所使用的gpio controller
        // 2：sd card的cd引脚所连接的pin_group
        // 1：sd card的cd引脚所连接的pin_num
        //GPIO_ACTIVE_LOW：取决于host driver如何解释这个flag的，一般来说，GPIO_ACTIVE_LOW表示低电平有card插入，GPIO_ACTIVE_HIGH则表示高电平有card插入
    	cd-gpios = <&pio 2 1 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* PC1*/
    };

在mmc host将对broken-cd的解析同上。  
**实现方式：**  
每个1s中调用一次mmc\_host->detect工作。

在host启动的时候，会执行一次mmc\_host->detect工作，这时就开始进行轮询了。  
  以上就实现了每隔1s执行一次mmc\_rescan来扫描mmc硬件总线的变化情况。

[sd card_ mmc_sd card]: https://blog.csdn.net/ooonebook/article/details/63253683
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