Linux内核与设备驱动深度解析：MMC框架

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：首先来看看MMC子系统的初始化mmc_init。MMC整体框架如图7-10所示。MMC总线整体框架主要实现了这些功能。MMC设备的管理框架提供了相应的创建和注册接口。

1.总线相关以及核心框架

MMC总线设备相对于I²C和SPI总线要复杂，但是总线框架的思路是一致的。首先来看看MMC子系统的初始化mmc_init。

从分析可见，注册了两个bus（分别是mmc bus和sdio bus）和一个class（mmc host class），这里有两种类型的bus是由于MMC连接还需要支持SDIO总线类型，而在MMC框架中就需要实现SDIO总线的功能，其中SDIO总线建立在MMC总线的基础上，所以需要注册两种bus。而注册一个class的原因，与SPI设备管理部分的实现是相同的，这样是为了避免总线控制器的设备进行总线相关的操作。

接下来看看两个总线的信息：

关于这两种bus先来了解MMC总线的情况：

match直接返回真，所以只要是MMC总线设备就会直接与MMC总线驱动匹配，这样的情况说明MMC总线驱动只有一个，并由系统框架已经提供，可以支持所有的设备，这与MMC总线设备主要作为存储设备相关，存储设备只要提供统一的块设备驱动（mmc block层的驱动）即可。

现在对MMC总线管理的设备还是不清楚，继续看一下probe接口：

从中可见，MMC总线设备主要就是mmc_card，而总线驱动就是mmc_driver，在mmc_driver的probe接口中会对上层的驱动相关的接口进行初始化，建立上层与MMC总线层的关联，主要就是与块设备驱动层的关联。

这样的设计与实现是合理的，因为MMC的设备（包括SD卡设备）主要用于数据存储，所以块设备是最合适的。

而SDIO则不同，SDIO设备可以借助MMC总线连接实现不同的功能，下面看看SDIO总线的相关接口：

从match中可见，会涉及具体的总线设备与总线驱动的匹配，这是因为SDIO可以有不同的功能，所以需要进行匹配。

SDIO总线管理的设备在内核中主要由sdio_func来表示，而相对应的驱动则由sdio_driv-er来表示。

MMC整体框架如图7-10所示。

图7-10　MMC整体框架

从图7-10可见，MMC主要管理两个总线功能：MMC和SDIO。MMC总线功能对应于块设备，而在SDIO总线之上可以是具体功能的设备。通常一个MMC接口只与一个设备进行连接，但是因为允许插拔，所以需要能支持检测、扫描来支持硬件插拔，以及不同功能设备的切换。

MMC总线整体框架主要实现了这些功能。

2.总线控制器相关

在MMC框架中，无论是MMC总线还是SDIO总线，实际的总线控制器都是相同的硬件，只是协议中命令字和状态机的差别。在介绍MMC框架初始代码时见到其中注册了class，以与MMC总线设备进行区分，相应的class就是为总线控制器提供的，MMC框架中总线控制器由mmc_host来表示和管理，细节如下：

可见主要是对总线控制器的操作能力以及状态进行设置，这些操作能力相关的都是属于相关规范的物理特性，需要通过这些属性标注总线控制器物理能力。另外重要的就是两个操作接口，分别是mmc_host_ops和mmc_bus_ops。

先来看看mmc_host_ops：

这里主要是控制和进行传输操作的接口，是进行实际总线控制器操作的接口，真正的传输也是通过总线控制器来完成的。

mmc_bus_ops接口细节如下：

需要mmc_bus_ops的原因是因为MMC总线可以支持不同协议规范的设备，这些设备相关的操作是不同的，所以在控制器中提供相应的操作接口，这样在总线设备侦测时就可以根据设备的特点加载合适的操作接口。在相应的操作中，detect是检测设备是否存在，其他大多与电源管理相关，通过规范的命令可以完成相应的操作。

MMC总线控制器框架提供了创建的接口mmc_alloc_host，主要内容如下：

主要的操作是分配空间，并初始化与功能相关的work，其中最重要的是探测设备的work，相应的操作是mmc_rescan，后面会进行介绍。

接下来的接口是注册并初始化控制器硬件的接口mmc_add_host，详细内容如下：

在调用mmc_add_host之前，需要将mmc_host_ops初始化，并将控制器的相关属性进行正确设置。其中最重要的操作就是mmc_start_host，会通过mmc_detect_change唤醒控制器的detect work，最终会通过mmc_rescan来进行设备探测，这实现了MMC总线设备发现的重要功能，详细分析如下：

(www.chuimin.cn)

可见主要的工作就是探测设备，并在探测成功后通过mmc_attach_xxx来初始化总线控制器的busops接口，并对总线设备进行初始化操作。

这样总线的主要功能，包括总线传输事务以及总线设备发现，就都在代表MMC总线的MMC总线控制器部分有了完整支持。

3.总线设备相关

前面已经提及，MMC总线设备管理由mmc_card来完成。下面具体介绍：

从中可见，为了支持MMC/SD/SDIO等不同的协议规范，其中的属性都在mmc_card中进行了表示，具体的类型和对应的属性都会在设备发现阶段进行初始化。

MMC设备的管理框架提供了相应的创建和注册接口。首先来了解创建的接口mmc_alloc_card：

主要进行设备模型相关的设置。下面的接口是用于注册的，详细内容如下：

可见主要的工作与设备模型相关，当向设备模型注册了device之后，就会通过总线来进行驱动的probe操作。对MMC驱动，之前已经说明只有MMC block提供的mmcblk驱动，详细内容如下：

主要与块设备层关联的工作是由mmc_blk_probe来完成的，下面来看看细节：

从分析中可见，通过mmcblk驱动就可以将MMC设备与块驱动层建立关联，进而可以被文件系统和应用使用。至于request queue的操作，在MMC block层mmc_init_queue中单独创建了kthread进行相应操作：

在mmc_queue_thread中则从request queue中获得request再通过mmc_queue的issue_fn接口即mmc_blk_issue_rq来真正执行相应的request。这样MMC作为存储设备的功能就完整了。

SDIO总线设备由sdio_func进行管理，其详细内容就不进行分析了，与mmc_card类似，包含一些属性，但是由于SDIO中的data0可以作为中断源，所以其中包含中断的属性，总线控制器与mmc_card没有差别，所以不需要单独关联。MMC框架也提供了创建和注册SDIO设备的接口。先来看看创建的接口sdio_alloc_func：

从分析中可见，SDIO设备并不是修改mmc_card中的dev属性，而是拥有单独设备模型实体，在设备层次中其父设备是mmc_card，这与设备的逻辑层次相符，而mmc_card在sdio_func中起到了中介作用。

再来看看设备注册的接口sdio_add_func：

可见主要的操作也是向设备模型进行注册，注册后就通过总线操作查找匹配的驱动并绑定，就可实现其相关功能。

对不同规范类型的设备，MMC框架通过mmc_xxx_init_card和mmc_attach_xxx等接口封装了以上的操作来实现设备的创建与注册，这些都是在设备发现阶段完成的。

在设备发现阶段MMC主要依靠探测发现的方式进行，当card有插拔的时候同样需要进行设备的重新发现与探测，MMC框架为这种情况提供了接口mmc_detect_change，其中会唤醒总线控制器的detect操作即mmc_rescan来重新detect总线设备的情况，并根据当前设备情况进行相关操作。

4.总线传输接口

MMC框架是通过mmc_re quest管理MMC总线传输，细节如下：

在总线层所有的传输都是通过mmc_request来进行实际操作。具体的接口是mmc_wait_for_req，下面来看看细节：

可见主要是以同步的方式进行总线传输操作的，具体操作的发起是通过mmc_start_re-quest来完成的，细节如下：

总线传输基本操作是先发送命令，然后进行数据操作，接下来结束命令。实际操作中后两步可选，在完整的操作中任何一步有了问题都会导致整个操作失败，相应的mmc_request中同样分为三步，并在三步的实体中都关联到mmc_request来保证正确处理。块设备的传输最终直接调用mmc_wait_for_req来完成。

除了数据等稍微复杂的传输操作之外，MMC框架对简单的命令发送还提供了mmc_wait_for_cmd接口来执行相关操作。细节如下：

可见主要的操作就是对mmc_wait_for_req的简单封装，其中主要是为了命令的操作。

MMC/SD/SDIO规范中都规定了一些特殊的操作和命令，虽然这些操作最终都是通过以上的接口执行的，但是为了方便开发MMC框架分别提供了相应的接口进行相关操作，具体的操作可以参考规范的说明。具体的接口如下：

这样整个命令操作以及传输功能就完整了。

Linux内核与设备驱动深度解析：MMC框架

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