19、eMMC驅動框架分析

一、MMC簡介

eMMC使用BGA封裝了Nand Flash和Flash控制器，向外提供MMC標准接口，其結構圖如下圖所示（圖來自《eMMC5.1官方標准協議》）。eMMC的出現使得手機廠商就能專注於產品開發的其它部分，並縮短向市場推出產品的時間。

對於我們來說，eMMC就是在Nand Flash上添加負責ECC、管理壞塊等功能的控制器。

 

在內核中，使用MMC子系統統一管理MMC、SD、SDIO等設備。從MMC規范發布至今，基於不同的考量（物理尺寸、數據位寬和clock頻率等），進化出了MMC、SD、microSD、SDIO、eMMC等不同的規范。其本質是一樣的，這也是內核將它們統稱為MMC的原因。

 

和MTD相同，MMC驅動也有一個單獨的文件夾，位於drivers/mmc目錄下，目錄下的三個目錄card、core、host對應MMC驅動的三個層次。

1. card：區塊層，用於實現卡的塊設備驅動。

2. core：核心層，抽象了卡的設備驅動的函數。

3. host：主機控制器層，依賴於不同平台的控制器操作函數。

 

 

二、MMC框架分析

為了方便分析框架，我們需要分析host目錄，讀者可在此目錄下任意選擇一個單板驅動文件進行分析，我選擇的是s3cmci.c文件。

文件鏈接：

https://files.cnblogs.com/files/Lioker/19_emmc.zip

 

首先來看它的入口函數：

static int __init s3cmci_init(void)
{
    return platform_driver_register(&s3cmci_driver);
}

我們進入platform_driver的probe函數中，看看它如何初始化。

static int __devinit s3cmci_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct s3cmci_host *host;
    struct mmc_host    *mmc;
...
    /* 分配mmc_host */
    mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct s3cmci_host), &pdev->dev);
...    /* 省略階段做的是設置s3cmci_host成員和gpio管腳 */
    request_irq(host->irq_cd, s3cmci_irq_cd, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, DRIVER_NAME, host));    
...
    /* 設置mmc_host */
    mmc->ops     = &s3cmci_ops;
    mmc->ocr_avail    = MMC_VDD_32_33 | MMC_VDD_33_34;
#ifdef CONFIG_MMC_S3C_HW_SDIO_IRQ
    mmc->caps    = MMC_CAP_4_BIT_DATA | MMC_CAP_SDIO_IRQ;
#else
    mmc->caps    = MMC_CAP_4_BIT_DATA;
#endif
    mmc->f_min     = host->clk_rate / (host->clk_div * 256);
    mmc->f_max     = host->clk_rate / host->clk_div;

    if (host->pdata->ocr_avail)
        mmc->ocr_avail = host->pdata->ocr_avail;

    mmc->max_blk_count    = 4095;
    mmc->max_blk_size    = 4095;
    mmc->max_req_size    = 4095 * 512;
    mmc->max_seg_size    = mmc->max_req_size;

    mmc->max_segs        = 128;
...
    /* 添加mmc_host */
    ret = mmc_add_host(mmc);
...
    platform_set_drvdata(pdev, mmc);
...
    return ret;
}

其中，

1. mmc_alloc_host()函數調用關系如下：

mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct s3cmci_host), &pdev->dev);
  -> host = kzalloc(sizeof(struct mmc_host) + extra, GFP_KERNEL);
  /* 初始化工作隊列 */
  -> INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);

2. mmc_add_host()函數調用關系如下：

mmc_add_host(mmc);
  -> device_add(&host->class_dev);
  -> mmc_start_host(host);
    -> mmc_power_off(host);            /* 掉電刷新 */
    -> mmc_detect_change(host, 0);
      -> mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay);
        /* 在工作隊列中添加一個延遲的工作任務host->detect */
        -> return queue_delayed_work(workqueue, work, delay);

 

mmc_add_host()函數最終會調用mmc_alloc_host()初始化工作隊列的mmc_rescan()函數。此函數用於檢測是否有卡插入了卡控制器。

void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
    static const unsigned freqs[] = { 400000, 300000, 200000, 100000 };
    struct mmc_host *host = container_of(work, struct mmc_host, detect.work);
    int i;
...
    mmc_bus_get(host);

    /* 檢測卡是否仍舊存在 */
    if (host->bus_ops && host->bus_ops->detect && !host->bus_dead
        && !(host->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE))
        host->bus_ops->detect(host);

    /* If the card was removed the bus will be marked
     * as dead - extend the wakelock so userspace
     * can respond */
    if (host->bus_dead)
        extend_wakelock = 1;

    /*
     * Let mmc_bus_put() free the bus/bus_ops if we've found that
     * the card is no longer present.
     */
    mmc_bus_put(host);
    mmc_bus_get(host);

    /* 如果卡仍存在, stop here */
    if (host->bus_ops != NULL) {
        mmc_bus_put(host);
        mmc_set_drv_state(e_inserted,host);//ly
        goto out;
    }

    /*
     * Only we can add a new handler, so it's safe to
     * release the lock here.
     */
    mmc_bus_put(host);

    /* 卡不存在，釋放 */
    if (host->ops->get_cd && host->ops->get_cd(host) == 0){
        mmc_set_drv_state(e_removed,host);
        goto out;
    }
    mmc_claim_host(host);
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(freqs); i++) {
        if (!mmc_rescan_try_freq(host, max(freqs[i], host->f_min))) {
            extend_wakelock = true;
            break;
        }
        if (freqs[i] <= host->f_min)
            break;
    }
    mmc_release_host(host);

 out:
    if (extend_wakelock)
        wake_lock_timeout(&host->detect_wake_lock, HZ / 2);
    else
        wake_unlock(&host->detect_wake_lock);
    if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL) {
        wake_lock(&host->detect_wake_lock);
        mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
    }
}

 

probe()函數所做的有以下幾點：

1. 分配、設置並添加mmc_host

2. 檢測卡是否插入了卡控制器

 

如果在probe()函數執行時，卡並沒有插入呢？也就是除了probe()函數，一定會有其他函數最終調用了mmc_rescan()函數。現在我們需要重新看一遍probe()函數，它注冊了一個中斷函數s3cmci_irq_cd()。

static irqreturn_t s3cmci_irq_cd(int irq, void *dev_id)
{
    struct s3cmci_host *host = (struct s3cmci_host *)dev_id;
    dbg(host, dbg_irq, "card detect\n");

    mmc_detect_change(host->mmc, msecs_to_jiffies(500));

    return IRQ_HANDLED;
}

之前分析過，mmc_detect_change(host->mmc, msecs_to_jiffies(500));函數最終會調用mmc_rescan()函數。

 

此時如果有卡插入了，會調用到mmc_rescan()函數，此函數調用關系如下：

mmc_rescan(struct work_struct *work)
  -> mmc_rescan_try_freq(host, max(freqs[i], host->f_min))
    -> mmc_attach_sdio(host)    /* 檢測卡的類型 */
    -> mmc_attach_sd(host)
    -> mmc_attach_mmc(host)
      -> mmc_send_op_cond(host, 0, &ocr);         /* 發送卡的ID */
      -> mmc_init_card(host, host->ocr, NULL);    /* 初始化mmc_card */
        -> card = mmc_alloc_card(host, &mmc_type);
          -> device_initialize(&card->dev);
          -> card->dev.bus = &mmc_bus_type;   /* 設置總線為mmc_bus_type */
        -> card->type = MMC_TYPE_MMC;         /* 設置card結構體 */
      -> mmc_release_host(host);
      -> mmc_add_card(host->card);            /* 添加卡mmc_card */
        -> device_add(&card->dev);
      -> mmc_claim_host(host);                /* 使能host */

 

在添加mmc_card調用device_add()函數時，mmc_bus_type總線會調用match()函數匹配設備驅動，如果匹配成功會調用總線的probe()函數或設備驅動的probe()函數。

static int mmc_bus_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
    return 1;    /* 匹配永遠成功 */
}

probe()函數最終會調用mmc_driver的probe()函數。

static int mmc_bus_probe(struct device *dev)
{
    struct mmc_driver *drv = to_mmc_driver(dev->driver);
    struct mmc_card *card = mmc_dev_to_card(dev);

    return drv->probe(card);
}

在SI4的Project中搜索struct mmc_driver，發現只有block.c文件有對此結構體的定義。

 

現在我們來查看mmc_driver的probe()函數。

static int mmc_blk_probe(struct mmc_card *card)
{
    struct mmc_blk_data *md, *part_md;
    int err;
    char cap_str[10];
...
    md = mmc_blk_alloc(card);

    err = mmc_blk_set_blksize(md, card);
...
    mmc_set_drvdata(card, md);
    mmc_fixup_device(card, blk_fixups);
...
    if (mmc_add_disk(md))
        goto out;

    list_for_each_entry(part_md, &md->part, part) {
        if (mmc_add_disk(part_md))
            goto out;
    }
    return 0;

 out:
    mmc_blk_remove_parts(card, md);
    mmc_blk_remove_req(md);
    return err;
}

其中，

1. mmc_blk_alloc()函數調用關系如下：

md = mmc_blk_alloc(card);
  -> md = mmc_blk_alloc_req(card, &card->dev, size, false, NULL);
    -> md->disk = alloc_disk(perdev_minors);
    -> ret = mmc_init_queue(&md->queue, card, &md->lock, subname);
      -> mq->queue = blk_init_queue(mmc_request, lock);
    -> set_capacity(md->disk, size);

2. mmc_add_disk()函數調用關系如下：

mmc_add_disk(md)
  -> add_disk(md->disk);
  -> device_create_file(disk_to_dev(md->disk), &md->force_ro);

 

這個mmc_driver底層做的與塊設備驅動相同：

1. 分配、初始化請求隊列，綁定請求隊列和請求函數

2. 分配、設置並添加gendisk

3. 注冊塊設備驅動

 

隊列函數為mmc_blk_issue_rq()，其調用關系如下：

mmc_blk_issue_rq
  -> mmc_blk_issue_secdiscard_rq(mq, req);
  -> mmc_blk_issue_discard_rq(mq, req);
  -> mmc_blk_issue_flush(mq, req);
  -> mmc_blk_issue_rw_rq(mq, req);    /* 上面四個函數選一個執行 */
    -> mmc_wait_for_req(card->host, &brq.mrq);
      -> mmc_start_request(host, mrq);
        -> host->ops->request(host, mrq);    /* s3cmci.c中host->requset = s3cmci_request */

 

 

三、MMC驅動框架總結

1. 各個結構體作用：

struct mmc_card用於描述卡，struct mmc_driver用於描述卡驅動，sutrct mmc_host用於描述卡控制器，struct mmc_host_ops用於描述卡控制器操作函數。

2. 整體框架：

 

下一章  20、網卡框架分析和虛擬網卡驅動和DM9621驅動分析