uboot源碼——mmc驅動分析

一、uboot與linux驅動

1、uboot是裸機程序

• 狹義的驅動的概念：操作系統中用來具體操控硬件的那部分代碼叫驅動。
• 裸機中沒有驅動的概念，因爲沒有操作系統。
• 裸機程序是直接操控硬件的，而操作系統中則是通過驅動來操控硬件。兩者的本質區別是分層。

2、uboot的虛擬地址對硬件操作的影響

（1）操作系統下，MMU是開啓的，即linux驅動使用的都是虛擬地址。純裸機程序不會開啓MMU，全部使用物理地址。

• 這是裸機下和驅動中操控硬件的一個重要區別。

（2）uboot早期也是純物理地址工作，但是現在的uboot開啓了MMU做了虛擬地址映射。

• 查uboot中的虛擬地址映射表，發現除了0x30000000-0x3FFFFFFF映射到了0xC0000000-0xCFFFFFFF之外，其餘的虛擬地址空間全是原樣映射的。
• 我們驅動中主要是操控硬件寄存器，而S5PV210的SFR都在0xExxxxxx地址空間，因此驅動中不必考慮虛擬地址。

3、uboot移植了linux驅動

（1）linux的驅動是模塊化設計。

• linux驅動本身和linux內核不是強耦合的，這是linux驅動可以被uboot移植的關鍵。

（2）uboot移植了linux驅動源代碼。

• uboot是從源代碼級別去移植linux驅動的，這就是linux系統的開源性。

（3）uboot中的硬件驅動比linux簡單。

• linux驅動本身有更復雜的框架，需要實現更多的附帶功能，而uboot本質上只是個裸機程序，uboot移植linux驅動時只是借用了linux驅動的一部分而已。

二、iNand/SD驅動解析

1、MMC驅動的初始化，是在start_armboot函數中，調用的是mmc_initialize函數

下面看一下mmc_initialize函數

（1）函數位於uboot/drivers/mmc/mmc.c。

（2）此函數主要是初始化開發板上MMC系統。

• SoC裏的MMC控制器初始化（MMC系統時鐘的初始化、SFR初始化）；
• SoC裏MMC相關的GPIO的初始化；
• SD卡/iNand芯片的初始化。

（3）mmc_devices，鏈表全局變量，用來記錄系統中所有已經註冊的SD/iNand設備。

• 向系統中插入一個SD卡/iNand設備，則系統驅動就會向mmc_devices鏈表中插入一個數據結構表示這個設備。

（4）struct mmc類型的結構體指針

• 這個struct mmc類型的結構體非常重要，我們說的驅動主要就是構建這個結構體；
• 在這個結構體中構建了一些列變量、函數指針等；
• 這些變量記錄了mmc的一些信息，函數指針所指向的函數是用來向sd卡中發送命令、或者發送數據、直接操作最底層的特殊功能寄存器

下面看一下cpu_mmc_init函數

（1）函數位於uboot/cpu/s5pc11x/cpu.c中，通過調用3個函數來完成。

（2）setup_hsmmc_clock，在uboot/cpu/s5pc11x/setup_hsmmc.c中，用來初始化SoC中MMC控制器中的時鐘部分的。

（3）setup_hsmmc_cfg_gpio，在uboot/cpu/s5pc11x/setup_hsmmc.c中，用來配置SoC中MMC控制器相關的GPIO的。

下面看一下setup_hsmmc_clock函數，主要是選擇時鐘源、分頻

下面看一下setup_hsmmc_cfg_gpio函數，主要是初始化相關的GPIO

下面看一下smdk_s3c_hsmmc_init函數

（1）函數位於：uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c中。

（2）函數內部通過宏定義USE_MMCx來決定是否調用s3c_hsmmc_initialize來進行具體的初始化操作。

下面看一下s3c_hsmmc_initialize函數

（1）函數位於：uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c中。

（2）定義並且實例化一個struct mmc類型的對象

• 即定義了一個指針，給指針分配內存，然後填充它的各種成員，最後調用mmc_register函數來向驅動框架註冊這個mmc設備驅動。

（3）mmc_register功能是進行mmc設備的註冊，註冊方法其實就是將當前這個struct mmc使用鏈表連接到mmc_devices這個全局變量中去。

（4）在X210中定義了USE_MMC0和USE_MMC2

• 因此在我們的uboot初始化時，會調用2次s3c_hsmmc_initialize函數，傳遞參數分別是0和2；
• 因此完成之後系統中會註冊上2個mmc設備，表示當前系統中有2個mmc通道在工作。平常我們說的通道0和通道2？

（5）真正的操作寄存器的函數是s3c_hsmmc_send_command、s3c_hsmmc_set_ios、s3c_hsmmc_init；

• 發送命令、發送數據、初始化三個函數；
• 這三個函數是最底層的、直接操作GPIO進而特殊功能寄存器的函數；
• 這三個函數以及一些變量被封裝在struct mmc結構體中，因而操作系統對mmc設備進行操作的時候，到封裝以後的這個結構體中進行操作即可；

（6）至此cpu_mmc_init函數分析完成。

下面看一下find_mmc_device函數

（1）函數位於uboot/drivers/mmc/mmc.c中。

（2）通過mmc設備編號來在系統中查找對應的mmc設備（struct mmc的對象，根據上面分析系統中有2個，編號分別是0和2）。

• 通過遍歷mmc_devices鏈表，去依次尋找系統中註冊的mmc設備，然後對比其設備編號和我們當前要查找的設備編號，如果相同則就找到了要找的設備。
• 找到了後調用mmc_init函數來初始化它。

下面看一下mmc_init函數

（1）函數位於：drivers/mmc/mmc.c中。

（2）分析猜測這個函數應該要進行mmc卡的初始化了（前面已經進行了SoC端控制器的初始化）

（3）函數的調用關係爲：

mmc_init

mmc_go_idle

mmc_send_cmd

mmc_send_if_cond

mmc_send_cmd……

（4）分析可知，mmc_init函數通過依次向mmc卡發送命令碼（CMD0、CMD2那些）來初始化SD卡/iNand內部的控制器，以達到初始化SD卡的目的。

• 調用struct mmc 中的函數進行了一些時序操作

（5）send_cmd函數的細節找不到……

2、總結

（1）至此整個MMC系統初始化結束。

（2）整個MMC系統初始化分爲2大部分

• SoC這一端的MMC控制器的初始化，SD卡這一端卡本身的初始化。
• 前一步主要是在cpu_mmc_init函數中完成，後一部分主要是在mmc_init函數中完成。

（3）初始化完成後，使用sd卡/iNand的操作方法和mmc_init函數中初始化SD卡的操作一樣的方式。讀寫sd卡時也是通過總線向SD卡發送命令、讀取/寫入數據來完成的。

（4）順着操作追下去，到了mmc_send_cmd函數處就斷了，真正的向SD卡發送命令的硬件操作的函數找不到。這就是學習驅動的麻煩之處。

（6）struct mmc結構體是關鍵。

• 上述兩部分初始化之間用mmc結構體來鏈接的；
• 初始化完了後對mmc卡的常規讀寫操作也是通過mmc結構體來鏈接的。

三、關於驅動的理解

1、驅動的關鍵數據結構

（1）驅動的設計中有一個關鍵數據結構。譬如MMC驅動的結構體就是struct mmc。

• 這些結構體中包含一些變量和一些函數指針，變量用來記錄驅動相關的一些屬性，函數指針用來記錄驅動相關的操作方法。
• 這些變量和函數指針加起來就構成了驅動。驅動就被抽象爲這個結構體。

（2）一個驅動工作時主要分兩部分

• 驅動構建（構建一個struct mmc然後填充它）；
• 驅動運行時（調用這些函數指針指針的函數和變量）；

2、分離思想

（1）分離思想，即在驅動中將操作方法和數據分開。

（2）操作方法就是函數，數據就是變量。

• 所謂操作方法和數據分離的意思就是，在不同的地方來存儲和管理驅動的操作方法和變量，這樣的優勢就是驅動便於移植。

3、分層思想

（1）分層思想，是指一個整個的驅動分爲好多個層次。

• 簡單理解就是驅動分爲很多個源文件，放在很多個文件夾中
• 譬如本課程講的mmc的驅動涉及到drivers/mmc下面的2個文件、cpu/s5pc11x下的好幾個文件。

（2）以mmc驅動爲例來分析各個文件的作用

uboot/drivers/mmc/mmc.c

• 本文件是和MMC卡操作有關的方法，譬如MMC卡設置空閒狀態的、卡讀寫數據等。
• 本文件中並沒有具體的硬件操作函數，操作最終指向的是struct mmc結構體中的函數指針，這些函數指針是在驅動構建的時候和真正硬件操作的函數掛接的（真正的硬件操作的函數在別的文件中）。

uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c:

• 本文件是SoC內部MMC控制器的硬件操作的方法，譬如向SD卡發送命令的函數（s3c_hsmmc_send_command），譬如和SD卡讀寫數據的函數（s3c_hsmmc_set_ios）
• 這些函數是具體操作硬件的函數，即mmc.c中需要的那些硬件操作函數。這些函數在mmc驅動初始化構建時（s3c_hsmmc_initialize函數中）和struct mmc掛接起來。

由上分析可知

• mmc.c和s3c_hsmmc.c構成了一個分層，mmc.c中調用了s3c_hsmmc.中的函數，所以mmc.c在上層，s3c_hsmmc.c在下層。
• mmc.c中不涉及具體硬件的操作，s3c_hsmmc.c中不涉及驅動工程時的時序操作。
• 如果我們要把這一套mmc驅動移植到別的SoC上，那麼mmc.c就不用動，修改s3c_hsmmc.c即可；
• 如果SoC沒變但是SD卡升級了，這時候只需要更換mmc.c，不需要更換s3c_hsmm。