前言
MMC/SD在現在崁入式系統常被使用，因為它的體積小而且目前最新的版本可以支援到2TB，所以現在的崁入式的系統中自然而然會選用它來做儲存媒介。而SD/MMC其標準定義了實體層的硬體介面訊號，以及第二層為指令及資料讀寫的定義。它可分為SD/MMC為第一版只支援至2G，而SDHC則是第二版，可以支援至32G，它和第一版的差異，除了實體層的工作頻率增加，可以較快速的讀取之，在第二層也有擴充其功能，使其可以存取更大的檔案系統，而目前最新的為SDXC它可以支援至2TB，它又將工件往上提升，可是可以向下相容，也就是舊規格的SD卡也可以用，現在我們來介紹如何在driver中撰這些程式碼。
MMC/SD程式目錄
MMC/SD在Linux Kernel原始程式碼中的擺放位置為drivers/mmc，在其中又分為三個子目錄，分別為host、core及card，而這三個目錄其所包含內容如下：
host
則是各家SD controller晶片廠所實現的部分，其主要是控制硬體，並將上層的所下的指令給轉換至硬體層，我們所要撰寫的驅動程式也是在這個目錄之下。
core
這是SD/MMC的管理及核心程式的地方，其中包含了第二層大家共通的部分，也是提供實體註冊及管理的部分，這個部分是大家一起共用，所以不用修改。
card
這是kernel中的檔案系統和管理中心溝通部分，也就是將檔案系統的需求轉換至核心管理程式，而核心管理再將其轉換至實體層，這個部分也是大家一起共用，所以也不需要修改。
在2.6.18之後有支援SDHC其主要是第二層的指令增加，所以舊的SD硬體 (SD host) 可以經軟體的改變而可以支援SDHC，只是因為硬體沒有改變，因此無法支援較高速的SD card。而在載入驅動程式需如下：
insmod mmc_core.ko
insmod mmc_block.ko
insmod your_hardware_SD_driver.ko
因為這是一個底層的驅動程式，所以你可以在上層載入任何的檔案系統，因為檔案系統是一個純軟體的驅動程式，所以和硬體無關，只是FAT32最大所能支援的檔案系統就只有32G，所以若要使用較大的檔案系統則必需使用其它的檔案系統。
系統驅動程式結構
我們先來了解一下linux kernel其中驅動程式的結構，在linux kernel的驅動程式中會將各種元件給予分門別類，並且在各種類別中會給予建構一個管理層的驅動程式，其主要目的是要建立和應用程式之間的標準介面，並且管理相同類別中的各家不同的硬體廠商，如此一來即可規範硬體廠商如何撰寫廠商，避免因不同的廠商而產生不同的驅動程式的撰寫格式不同，或者造成應用程式的介面，進而造成使用者因不同的廠商而要修改軟體。其架構圖如下：
圖一：驅動程式系統架構
圖一清楚地表示前面所說明的各個目錄所負責的事情，而我們今天所要實現就是在host的目錄之下，向core註冊一個硬體，如此一來就可很輕易地連接到整個檔案系統，而檔案系統維護的部分，則是由上層的檔案所維護，對硬體層而言則是執行上層的指令，並且是完全是被動的，不會主動自行執行任何指令。
MMC core所提供的API
在介紹如何撰寫前，先來了解有那些MMC core API可供使用，其所用的include file是及，而API如下：
struct mmc_host *mmc_alloc_host(int extra, struct device *)
這是allocate MMC註冊時所需的資料結構記憶體，另外可以多要一些記憶體來存放驅動程式的私有資料，其input/output說明如下：
Input :
int extra – 需要額外記憶體的大小，其存放位置的指標將會放在return回來的mmc資料結構中的private指標，它將會是緊接在mmc資料結構的最後面，或者經由呼叫mmc_priv(struct mmc_host *)來取得其指標。
struct device * – 為驅動程式進入時系統會傳過來的一個參數，只要將其再轉傳過去即可。
Output :
其返回值為一個mmc_host資料結構的位址point，這個資料結構會在後面介紹，這個point位址將會給予保留，因為我們需要在其中幾個call back欄位填入我們要實現的功能，也就是提供給上層驅動程式如何溝通的介面。
void *mmc_priv(struct mmc_host *host)
這是取回私有資料的指標，通常會再給予強迫轉型給local變數。
Input :
struct mmc_host *host – 是mmc_alloc_host API所return回來的class pointer。
Output :
其返回值為一個指標位址。
int mmc_add_host(struct mmc_host *)
這是增加一個SD host controller，而其所需要的資料結構則是由上一個API所取得回來的，而登錄加入時上層的管理者會掃瞄一次是否有SD卡已經插上來，若有則增加一個SD disk，若没有也會設定該SD host所支援的電壓及頻率。
Iuput:
struct mmc_host * - 是由mmc_alloc_host API所return回來的class pointer。
Output:
0代表成功，非0值代表錯誤。
void mmc_remove_host(struct mmc_host *)
這是移除一個SD host controller，其做的事情和mmc_add_host()是相反的事。
Input:
struct mmc_host * - 是由mmc_alloc_host API所return回來的class pointer。
Output:
無
void mmc_free_host(struct mmc_host *)
這是將mmc_alloc_host()所取得的資料結構記憶體空間歸還給系統，另外也會將多取得的私有空間也歸還給系統，所以在這之後將不可再使用該資料結構的記憶體空間。
Input:
struct mmc_host * - 是由mmc_alloc_host API所return回來的class pointer。
Output:
無
void mmc_detect_change(struct mmc_host *, unsigned long delay)
在控制器偵測到有SD卡的插入或拔出都會呼叫這個API通知上層管理層加入一張SD卡或者移除一張SD卡，請不要搞亂並沒有移除或增加一個控制器，只是SD卡而己，但在移除時未完成的SD動作，都需要給予放棄。
Input:
struct mmc_host * - 是由mmc_alloc_host API所return回來的class pointer。
unsigned long delay – 當是插入時通常會設定一個值，以等待插入的SD卡電氣訊號穩定，而移除時通常其值會是0。
Output:
無
void mmc_request_done(struct mmc_host *, struct mmc_request *)
這是一個非常也常用到的API，原則上層管理層下達指令給控制器時都是透過mmc_request，而當控制器完成該指令時則需要呼叫這個API來通知上層已完成該指令，而在SD的控制指令則是半雙工的，一個指令完成之後才會有下一個，不會有連續好幾個指令產生。另外指令是包含讀寫資料。
Input:
struct mmc_host * - 是由mmc_alloc_host API所return回來的class pointer。
struct mmc_request * - 是由上層所下的指令資料結構。
Output:
無
資料結構
如前面所提，其中最重要的資料結構宣告如下：
struct mmc_ios {
unsigned int clock; /* clock rate */
unsigned short vdd;
unsigned char bus_mode; /* command output mode */
unsigned char chip_select; /* SPI chip select */
unsigned char power_mode; /* power supply mode */
unsigned char bus_width; /* data bus width */
unsigned char timing; /* timing specification used */
};
這是一個SD卡的基本設定值，其中要支援的電壓值、使用的頻率等等，其使用時機當有SD卡插上會要求設定這些以啓動插入的SD卡。
struct mmc_host_ops {
void (*request)(struct mmc_host *host, struct mmc_request *req);
void (*set_ios)(struct mmc_host *host, struct mmc_ios *ios);
int (*get_ro)(struct mmc_host *host);
int (*get_cd)(struct mmc_host *host);
void (*enable_sdio_irq)(struct mmc_host *host, int enable);
};
這是設定讓SD host所能提供功能，而其中的request最為重要，它是SD要對SD卡任何的動作需求，包含讀寫資料，以其它SD控制指令下達，set_ios則是設定以上資料結構的call back function，get_ro則是回覆這個SD卡是否可以寫入。
struct mmc_host {
struct device *parent;
struct device class_dev;
int index;
const struct mmc_host_ops *ops;
unsigned int f_min;
unsigned int f_max;
u32 ocr_avail;
unsigned long caps; /* Host capabilities */
/* host specific block data */
unsigned int max_seg_size; /* see blk_queue_max_segment_size */
unsigned short max_hw_segs;/* see blk_queue_max_hw_segments */
unsigned short max_phys_segs; /* see blk_queue_max_phys_segments */
unsigned short unused;
unsigned int max_req_size; /* maximum number of bytes in one req */
unsigned int max_blk_size; /* maximum size of one mmc block */
unsigned int max_blk_count; /* maximum number of blocks in one req */
/* private data */
spinlock_t lock; /* lock for claim and bus ops */
struct mmc_ios ios; /* current io bus settings */
u32 ocr; /* the current OCR setting */
/* group bitfields together to minimize padding */
unsigned int use_spi_crc:1;
unsigned int claimed:1; /* host exclusively claimed */
unsigned int bus_dead:1; /* bus has been released */
#ifdef CONFIG_MMC_DEBUG
unsigned int removed:1; /* host is being removed */
#endif
struct mmc_card *card; /* device attached to this host */
wait_queue_head_t wq;
struct delayed_work detect;
const struct mmc_bus_ops *bus_ops; /* current bus driver */
unsigned int bus_refs; /* reference counter */
unsigned int sdio_irqs;
struct task_struct *sdio_irq_thread;
atomic_t sdio_irq_thread_abort;
#ifdef CONFIG_LEDS_TRIGGERS
struct led_trigger *led; /* activity led */
#endif
struct dentry *debugfs_root;
#ifdef CONFIG_MMC_EMBEDDED_SDIO
struct {
struct sdio_cis *cis;
struct sdio_cccr *cccr;
struct sdio_embedded_func *funcs;
int num_funcs;
} embedded_sdio_data;
#endif
unsigned long private[0] ____cacheline_aligned;
};
這是記錄SD host的一些資訊，SD中所有驅動程式將會隨時使用這個資訊。
struct mmc_command {
u32 opcode;
u32 arg;
u32 resp[4];
unsigned int flags; /* expected response type */
unsigned int retries; /* max number of retries */
unsigned int error; /* command error */
/*
* Standard errno values are used for errors, but some have specific
* meaning in the MMC layer:
*
* ETIMEDOUT Card took too long to respond
* EILSEQ Basic format problem with the received or sent data
* (e.g. CRC check failed, incorrect opcode in response
* or bad end bit)
* EINVAL Request cannot be performed because of restrictions
* in hardware and/or the driver
* ENOMEDIUM Host can determine that the slot is empty and is
* actively failing requests
*/
struct mmc_data *data; /* data segment associated with cmd */
struct mmc_request *mrq; /* associated request */
};
這個資料結構只有在下指令時會用到，但是有一個很重要的概念是，讀寫資料也是指令的一種，所以意思就是SD的管理層軟體全部使用command和實體的驅動程式做溝通。
struct mmc_data {
unsigned int timeout_ns; /* data timeout (in ns, max 80ms) */
unsigned int timeout_clks; /* data timeout (in clocks) */
unsigned int blksz; /* data block size */
unsigned int blocks; /* number of blocks */
unsigned int error; /* data error */
unsigned int flags;
unsigned int bytes_xfered;
struct mmc_command *stop; /* stop command */
struct mmc_request *mrq; /* associated request */
unsigned int sg_len; /* size of scatter list */
struct scatterlist *sg; /* I/O scatter list */
};
這是當指令為讀寫資料時會用到的資料結構，其中有包含要存放的buffer，但有點很重要，就是這個buffer是使用page的管理，而不是raw buffer的方式。
struct mmc_request {
struct mmc_command *cmd;
struct mmc_data *data;
struct mmc_command *stop;
void *done_data; /* completion data */
void (*done)(struct mmc_request *);/* completion function */
};
這是來存放指令的資料結構。
範例程式
static void vicsd_request(struct mmc_host *mmc, struct mmc_request *mrq)
{
struct vicsd_host *host=mmc_priv(mmc);
struct mmc_command *cmd;
spin_lock(&host->lock);
host->mrq = mrq;
cmd = mrq->cmd;
// if no card inserted, return timeout error
if ( readl(&host->reg->status) & MSD_CARD_DETECT ) { // card is removed
cmd->error = MMC_ERR_TIMEOUT;
goto request_done;
}
// request include data or not
if ( cmd->data ) {
vicsd_prepare_data(host, cmd->data);
}
// do request command
vicsd_send_command(host, cmd);
if ( cmd->data && cmd->error == MMC_ERR_NONE ) {
spin_unlock(&host->lock);
return;
}
request_done:
vicsd_request_done(host);
spin_unlock(&host->lock);
}
static void vicsd_set_ios(struct mmc_host *mmc, struct mmc_ios *ios)
{
struct vicsd_host *host=mmc_priv(mmc);
spin_lock(&host->lock);
if (ios->clock) {
// set SD host controller frequency
} else if ( !(readl(&host->reg->clock_control) & MSD_CLK_DIS) ) {
/*
* Ensure that the clock is off.
*/
}
if ( ios->power_mode == MMC_POWER_OFF ) {
// power off host controller
} else {
// power on host controller
}
#if 1
// set bus width
if ( ios->bus_width == MMC_BUS_WIDTH_1 ) {
………………………….
} else {
…………………………..
}
#endif
spin_unlock(&host->lock);
}
static int vicsd_get_ro(struct mmc_host *mmc)
{
struct vicsd_host *host=mmc_priv(mmc);
if ( readl(&host->reg->status) & MSD_WRITE_PROT )
return 1;
else
return 0;
}
static struct mmc_host_ops vicsd_ops = {
.request = vicsd_request,
.set_ios = vicsd_set_ios,
.get_ro = vicsd_get_ro,
};
static int vicsd_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device *dev = &pdev->dev;
struct mmc_host *mmc;
int ret;
// allocate a MMC host data structure
mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct vicsd_host), dev);
if (!mmc) {
ret = -ENOMEM;
goto out;
}
// initialize the MMC host data structure
mmc->ops = &vicsd_ops;
mmc->f_min = 400000;
mmc->f_max = 25000000;
mmc->mode = MMC_MODE_SD;
#if 1
mmc->ocr_avail = 0xffff00; // support 2.0v - 3.6v power
#else
mmc->ocr_avail = MMC_VDD_32_33 | MMC_VDD_33_34;
mmc->caps = MMC_CAP_4_BIT_DATA;
mmc->max_hw_segs = 128;
mmc->max_phys_segs = 128;
mmc->max_sectors = 128;
mmc->max_seg_size = mmc->max_sectors * 512;
#endif
host = mmc_priv(mmc);
host->mmc = mmc;
…………………………………………………..
/*
* Ensure that the host controller is shut down, and setup
* with our defaults.
*/
// reset the SD card controller
………………………………………………
// to check any card inserted or not
……………………………………………
// initialize the SD card host register
…………………………………………..
dev_set_drvdata(dev, mmc);
mmc_add_host(mmc);
return 0;
out:
if (mmc)
mmc_free_host(mmc);
return ret;
}
static struct platform_driver vicsd_driver = {
.probe = vicsd_probe,
.remove = vicsd_remove,
.suspend = vicsd_suspend,
.resume = vicsd_resume,
.driver = {
.name = "victor-sd",
},
};
static int __init vicsd_init(void)
{
int ret;
ret=platform_driver_register(&vicsd_driver);
if ( ret ) {
printk("fail !\n");
platform_driver_unregister(&vicsd_driver);
} else {
vicsd_device = platform_device_alloc("moxart-sd", -1);
if (!vicsd_device) {
platform_driver_unregister(&vicsd_driver);
return -ENOMEM;
}
ret = platform_device_add(vicsd_device);
if (ret) {
platform_device_put(vicsd_device);
platform_driver_unregister(&vicsd_driver);
return ret;
}
printk("OK.\n");
}
return ret;
}
static void __exit vicsd_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&vicsd_driver);
}
module_init(vicsd_init);
module_exit(vicsd_exit);
