（十四）Linux kernel mmc 框架說明，包括mmc_test使用方法

1.Linux 總線模型

        Linux下的任何驅動在內核中最終都抽象爲bus, driver以及device三者間的相互做用。

        總線是處理器和一個或多個設備之間的通道，在設備模型中，全部的設備都經過總線相鏈接。總線將設備和驅動綁定，在系統每註冊一個設備的時候，會遍歷該總線上的driver list，經過bus的math函數尋找與之匹配的驅動；相反的，在系統每註冊一個驅動的時候，會便利該總線上的device 尋找與之匹配的設備，而匹配由總線的match函數完成。一但匹配，則會調用總線的probe函數。

        在此模型下，若是存在實際總線固然很好，好比mmc總線，i2c總線和spi總線，相應的device和driver均可以直接註冊在總線上。可是老是有一些設備和總線無關，爲此，linux kernel引入了platform 虛擬總線，

Platform總線是一種虛擬的總線，相應的設備則爲platform_device，經過platform_driver_register；而驅動則爲platform_driver，經過platform_driver_register 註冊。內核中該總線定義以下：

struct bus_type platform_bus_type = {

       .name            = "platform",

       .dev_groups= platform_dev_groups,

       .match          = platform_match,

       .uevent         = platform_uevent,

       .pm        = &platform_dev_pm_ops,

};

    platform_總線match採用名稱匹 配的方式，即driver和device二者的name同樣則認爲該device對應該driver，詳見下圖:

 

 

 

2.MMC 簡介
MMC

MMC全稱MultiMedia Card，由西門子公司和SanDisk公司1997年推出的多媒體記憶卡標準。MMC卡尺寸爲32mm x24mm x 1.4mm，它將存貯單元和控制器一同作到了卡上，智能的控制器使得MMC保證兼容性和靈活性。

MMC卡具備MMC和SPI兩種工做模式，MMC模式是默認工做模式，具備MMC的所有特性。而SPI模式則是MMC協議的一個子集，主要用於低速系統。

 

SD

        SD卡全稱Secure DigitalMemory Card，由松下、東芝和SanDisk公司於1999年8月共同開發的新一代記憶卡標準，已徹底兼容MMC標準。SD卡比MMC卡多了一個進行數據著做權保護的暗號認證功能。

        SD卡尺寸爲32mm x 24mm x2.1mm，長寬和MMC卡同樣，只是比MMC卡厚了0.7mm，以容納更大容量的存貯單元。SD卡與MMC卡保持向上兼容，也就是說，MMC卡能夠被新的設有SD卡插槽的設備存取，可是SD卡卻不能夠被設有MMC插槽的設備存取。

 

SDIO

        SDIO全稱Secure DigitalInput and Output Card，SDIO是在SD標準上定義了一種外設接口，它使用SD的I/O接口來鏈接外圍設備，並經過SD上的I/O數據接口與這些外圍設備傳輸數據。如今已經有不少手持設備支持SDIO功能，並且許多SDIO外設也被開發出來，目前常見的SDIO外設有：WIFI Card、GPS Card、 Bluetooth Card等等。

 

eMMC

        eMMC全稱Embedded MultiMediaCard，是MMC協會所制定的內嵌式存儲器標準規格，主要應用於智能手機和移動嵌入式產品等。eMMC是一種嵌入式非易失性存儲系統，由閃存和閃存控制器兩部分組成，它的一個明顯優點是在封裝中集成了一個閃存控制器，它採用JEDEC標準BGA封裝，並採用統一閃存接口管理閃存。

        eMMC結構由一個嵌入式存儲解決方案組成，帶有MMC接口、快閃存儲設備及主控制器，全部這些由一個小型BGA封裝。因爲採用標準封裝，eMMC也很容易升級，並不用改變硬件結構。

        eMMC的這種將Nand Flash芯片和控制芯片封裝在一塊兒的設計概念，就是爲了簡化產品內存儲器的使用，客戶只須要採購eMMC芯片放進產品中，不須要處理其它複雜的Nand Flash兼容性和管理問題，減小研發成本和研發週期。

3.MMC 模塊總線模型
mmc子系統涉及到三條總線，以下：

Host驅動相應的driver和device掛載在Linux內核內置的虛擬抽象總線platform_bus_type。二者的匹配採用名稱匹配的方式，即driver和device二者的name同樣則認爲該device對應該driver，這裏是」rda,hsmmc」。

Card驅動相應的driver和device掛載在mmc本身建立的虛擬總線mmc_bus_type下，直接匹配。

Sdio驅動相應的driver和device掛載在mmc本身建立的虛擬總線sdio_bus_type下，ID匹配。

 

按照時間前後順序，mmc模塊中bus，device和driver的註冊順序以下:

3.1.host device
linux kernel 經過下圖所示流程，解析dts文件mmc模塊相關配置，生成名爲rda,hsmmc的platformdevice，掛在platform平臺總線上。

 

 

 

3.2.mmc_bus, sdio_bus
mmc core初始化時，文件core.c中的subsys_initcall(mmc_init)， 調用mmc_register_bus和sdio_register_bus註冊mmc bus 和sdio bus，具體如圖下圖所示。

 

 

 

由上圖能夠看出，任何掛在mmc總線上的device 和driver都會匹配，而掛在sdio總線上的設備和deriver須要經過id進行匹配。

3.3.card driver
    card目錄下，block.c中module_init(mmc_blk_init)調用mmc_register_driver函數建立mmcblk driver，並將之掛載到mmc_bus_type總線的driver list鏈表上。

    注意：mmc core提供了mmc_test.c做爲mmc driver的測試文件。mmc_test.c中，module_init(mmc_test_init)函數中，調用mmc_register_driver函數建立了mmc_test driver，而且將之掛載在mmc_bus_type總線的driver list鏈表上。

mmc模塊若是須要使用mmc_test功能，須要把CONFIG_MMC_BLOKC宏關閉，而後把CONFIG_MMC_BLOCK=y。不然，card將會匹配blockdreiver，不會再次匹配mmc_test  driver,具體見下圖。

 

 

 

3.4.host driver
    host目錄下，rda_sgmmc.c文件中，module_init(rda_mmc_init)，把rda_mmc_init連接到相應的init字段中。在初始化時候，執行rda_mmc_init（），調用platform_driver_register註冊名爲rda,hsmmc的host driver，此driver掛在platform虛擬總線上。

 

3.5. card device
在第四步中，hostdriver註冊成功後，platform總線會把此driver和1中註冊的host dev匹配，而後執行host driver的probe 函數rda_mmc_probe。該函數中完成mmc_alloc_host申請mmc host 結構體，而後完成初始化，以及中斷等的申請等，最後調用mmc_add_host完成card 的探測，若是card存在，生成card device。

由於sd卡支持熱插拔，因此在probe階段，sd卡沒有插入的狀況下，不會生成card device。而是在後期插入sd卡時候，產生中斷，中斷處理函數中調用mmc_detect_change函數探測sd card是否存在，完成初始化而且生成card device。具體見下圖。

 

從上圖中，咱們並無看到card設備的生成。這是由於咱們經過detect work完成了sd，mmc，或sdio設備的初始化，而且生成相應的block設備，具體見下圖:

 

 

 

3.6. card driver執行
    在第五步中，card device已經掛到mmc總線上，此時會匹配到carddriver，自動執行driver 的probe函數。若是在3中，CONFIG_MMC_BLOCK=y，則會執行mmc_blk_probe，生成block設備。若是CONFIG_MMC_BLOCK=n, CONFIG_MMC_TEST=y,則會自動執行mmc_test_probe。

綜上所述，設備經過dts文件把mmc host dev(platform設備)掛在虛擬平臺總線上，而後註冊sdio和mmc總線，緊接着註冊card driver，掛在mmc總線上。其後，在host目錄下，咱們本身的driver中，調用platform_driver_register註冊platform平臺驅動，即host driver。此時，platform會匹配host dev 和driver，執行driver的probe函數，經過mmc_add_host註冊card

device,掛載到mmc總線上。最後，mmc總線會匹配card dev 和driver，執行card driver的probe函數，生成block設備或者mmc_test相關的屬性文件。

4.MMC 協議實現
到此爲止，mmc 的相關框架已經介紹清楚了。由於在框架明瞭的狀況下，驅動已經很簡單了，因此後面僅僅會簡單介紹一下mmc驅動。

sd，sdio或者mmc的協議實如今哪裏呢？能夠在圖5中看到，初始化就是在mmc_attach_sdio, mmc_attach_sd或者mmc_attach_mmc函數中。

1.初始化時候，首先發送cmd0使卡進入idle狀態;

2.接着發送cmd8，檢測卡是否SD2.0。SD1.1不支持cmd8，所以若是發送cmd8無迴應，則卡爲SD1.1，不然就是SD2.0；

3. mmc_attach_sdio發送cmd5讀取OCR 寄存器，判斷是否爲sdio，若是是就綁定sdio總線；

4. mmc_attach_sd發送命令acmd5五、cmd41，使卡進入工做狀態。若是經過，則認爲是sd卡，綁定sd總線。mmc卡不支持acmd55,和cmd41，因此若是無迴應，則認爲卡是mmc卡；

5. mmc_attach_mmc中發送命令1，判斷是否爲mmc卡，若是迴應，則綁定mmc總線。若是cmd1無迴應，則不是mmc卡。

具體實現和協議強相關，只要對照協議來看，很簡單，就再也不多述了。
    ls kernel/drivers/mmc,能夠看到以下三個目錄：

card core host

card目錄下主要是完成了上章中所述的mmc總線driver，也就是2.3所述的card driver,

core目錄主要是完成了上章中sdio bus和mmc bus註冊，card device的添加，host目錄就是具體的host driver的添加了。

 

在mmc driver中，須要作的很重要的一部就是實現mmc_host_ops，在probe函數中把其賦值給mmc_host 結構體的ops變量，rda_sgmmc.c的mmc_host_ops實現以下：

static const struct mmc_host_ops rda_mmc_ops= {

       .request        = rda_mmc_request,

       .get_ro         = rda_mmc_get_ro,

       .get_cd         = rda_mmc_get_cd,

       .set_ios        = rda_mmc_set_ios,

        .enable_sdio_irq =rda_mmc_enable_sdio_irq,

};

 

其中，request函數，主要實現命令發送，數據的讀寫；set_ios主要用來設置數據速度，mmc相位，power mode 和data bus width；get_cd用來檢測設備是否存在；get_ro用來判斷mmc是否爲read-only card；enable_sdio_irq是用來使能或者關閉sdio中斷。

 

mmc dev正常讀寫的時候調用流程是怎麼樣呢?怎麼和上面註冊的mmc_host_ops關聯起來呢?塊設備的讀寫會被放入request_queue。見下圖：

 

其中，blk_fetch_request等涉及到block文件的讀寫實現方式，這裏再也不敘述，有興趣的話你們能夠看看代碼。

由此，mmc card dev就和上面註冊的mmc_host_ops關聯起來了。

5.MMC test driver 使用
在第二章介紹card driver時候已經介紹到了mmc test driver了。若是要使用mmc_test function，能夠按照以下步驟:

1.CONFIG_MMC_BLOCK=n,CONFIG_MMC_TEST=y。或者CONFIG_MMC_BLOCK=y, CONFIG_MMC_TEST=y。若是選用後一種配置，須要再系統起來後，在總線driver中手動bind和unbind，見後面；

2.CONFIG_DEBUG_FS=y，CONFIG_DEBUG_KERNEL=y,這兩項在咱們項目的kernel的defconfig中已經配置，因此不須要進行改動；

3. mount -t debugfs none /sys/kernel/debug，這個咱們的project中已經掛載了，不須要進行改動；

完成上面三項後，啓動系統，若是在步驟1中CONFIG_MMC_BLOCK=y，那麼須要先執行執行以下操做：

etau:/ # ls sys/bus/mmc/devices/                                              

mmc0:aaaa

 

etau:/sys/bus/mmc/drivers # ls

mmc_test/ mmcblk/

 

etau:/sys/bus/mmc/drivers # cd mmcblk/                                         

etau:/sys/bus/mmc/drivers/mmcblk # ls -al

total 0

drwxr-xr-x 2 root root    0 2000-01-01 01:27 .

drwxr-xr-x 4 root root    0 2000-01-01 01:27 ..

--w------- 1 root root 4096 2000-01-01 01:28bind

lrwxrwxrwx 1 root root    0 2000-01-01 01:28 mmc0:aaaa ->../../../../devices/soc0/20a50000.rda-mmc0/mmc_host/mmc0/mmc0:aaaa

--w------- 1 root root 4096 2000-01-01 01:28uevent

--w------- 1 root root 4096 2000-01-01 01:28unbind

 

etau:/sys/bus/mmc/drivers/mmcblk #echo –n mmc0:aaaa> unbind

etau:/sys/bus/mmc/drivers # cdmmc_test/                                      

etau:/sys/bus/mmc/drivers/mmc_test # ls

bind uevent unbind

 

etau:/sys/bus/mmc/drivers/mmc_test #echo –n mmc0:aaaa> bind

 

完成上述操做後，完成了mmc0:aaaa和mmc_test driver的綁定。後續步驟徹底一致，以下:

 

etau:/sys/kernel/debug/mmc0/mmc0:aaaa# cat testlist                          

1:     Basic write (no data verification)

2:     Basic read (no data verification)

3:     Basic write (with data verification)

4:     Basic read (with data verification)

5:     Multi-block write

6:     Multi-block read

7:     Power of two block writes

8:     Power of two block reads

9:     Weird sized block writes

10:    Weird sized block reads

11:    Badly aligned write

12:    Badly aligned read

13:    Badly aligned multi-block write

14:    Badly aligned multi-block read

15:    Correct xfer_size at write (start failure)

16:    Correct xfer_size at read (start failure)

17:    Correct xfer_size at write (midway failure)

18:    Correct xfer_size at read (midway failure)

19:    Highmem write

20:    Highmem read

21:    Multi-block highmem write

22:    Multi-block highmem read

23:    Best-case read performance

24:    Best-case write performance

25:    Best-case read performance into scattered pages

26:     Best-case write performance from scatteredpages

27:    Single read performance by transfer size

28:    Single write performance by transfer size

29:    Single trim performance by transfer size

30:    Consecutive read performance by transfer size

31:    Consecutive write performance by transfer size

32:    Consecutive trim performance by transfer size

33:    Random read performance by transfer size

34:    Random write performance by transfer size

35:    Large sequential read into scattered pages

36:    Large sequential write from scattered pages

37:    Write performance with blocking req 4k to 4MB

38:    Write performance with non-blocking req 4k to 4MB

39:    Read performance with blocking req 4k to 4MB

40:    Read performance with non-blocking req 4k to 4MB

41:    Write performance blocking req 1 to 512 sg elems

42:    Write performance non-blocking req 1 to 512 sg elems

43:    Read performance blocking req 1 to 512 sg elems

44:    Read performance non-blocking req 1 to 512 sg elems

45:    Reset test

而後執行etau:/sys/kernel/debug/mmc0/mmc0:aaaa# echo 1 > test能夠看到測試結果：

[314034.644348] mmc0: Starting tests of cardmmc0:aaaa...

[314034.645080] mmc0: Test case 1. Basicwrite (no data verification)...

[314034.647583] mmc0: Result: OK

[314034.647827] mmc0: Tests completed.

 

至此，mmc模塊就告一段落了。————————————————版權聲明：本文爲CSDN博主「kivy_xian」的原創文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版權協議，轉載請附上原文出處連接及本聲明。原文連接：https://blog.csdn.net/kivy_xian/article/details/53333831