參考資料：
1.SD Memory Card Specifications / Part 1. Physical Layer Specification; Version 1.0
2.LDD3 CHAPTER-16 BLOCK DEVICE
3. http://www.sdcard.org
引言： 前幾天把mini2440 的sd 卡驅動程式移植到了Android 平臺，當時對SD 卡以及內核的MMC 子系統不是很瞭解，流覽了四天的代碼，終於理清了一些頭緒，儘管很多細節的實現還不是很清楚，不過先把知道的記錄下來，細節部分由時間在慢慢挖掘。本文先介紹了一下MMC 的基本框架結構，然後採用自底向上的方法來分析整個MMC 層是如何共同作用的。閱讀時請結合參考資料1 和2.
1. 硬體基礎：
http://blog.ednchina.com/yelov/198217/message.aspx
SD/MMC/SDIO 概念區分概要
SD （Secure Digital ）與 MMC （Multimedia Card ）
SD 是一種 flash memory card 的標準，也就是一般常見的 SD 記憶卡，而 MMC 則是較早的一種記憶卡標準，目前已經被 SD 標準所取代。在維琪百科上有相當詳細的 SD/MMC 規格說明： [ http://zh.wikipedia.org/wiki/Secure_Digital ] 。
SDIO 是目前我們比較關心的技術，SDIO 故名思義，就是 SD 的 I/O 介面（interface ）的意思，不過這樣解釋可能還有點抽像。更具體的說明，SD 本來是記憶卡的標準，但是現在也可以把 SD 拿來插上一些週邊介面使用，這樣的技術便是 SDIO 。
所以 SDIO 本身是一種相當單純的技術，透過 SD 的 I/O 接腳來連接外部週邊，並且透過 SD 上的 I/O 資料接位元與這些週邊傳輸資料，而且 SD 協會會員也推出很完整的 SDIO stack 驅動程式，使得 SDIO 週邊（我們稱為 SDIO 卡）的開發與應用變得相當熱門。
現在已經有非常多的手機或是手持裝置都支援 SDIO 的功能（SD 標準原本就是針對 mobile device 而制定），而且許多 SDIO 週邊也都被開發出來，讓手機外接週邊更加容易，並且開發上更有彈性（不需要內建週邊）。目前常見的 SDIO 週邊（SDIO 卡）有：
· Wi-Fi card （無線網路卡）
· CMOS sensor card （照相模組）
· GPS card
· GSM/GPRS modem card
· Bluetooth card
· Radio/TV card （很好玩）
SDIO 的應用將是未來嵌入式系統最重要的介面技術之一，並且也會取代目前 GPIO 式的 SPI 介面。
SD/SDIO 的傳輸模式
SD 傳輸模式有以下 3 種：
· SPI mode （required ）
· 1-bit mode
· 4-bit mode
SDIO 同樣也支援以上 3 種傳輸模式。依據 SD 標準，所有的 SD （記憶卡）與 SDIO （週邊）都必須支援 SPI mode ，因此 SPI mode 是「required 」。此外，早期的 MMC 卡（使用 SPI 傳輸）也能接到 SD 插糟（SD slot ），並且使用 SPI mode 或 1-bit mode 來讀取。
SD 的 MMC Mode
SD 也能讀取 MMC 記憶體，雖然 MMC 標準上提到，MMC 記憶體不見得要支援 SPI mode （但是一定要支持 1-bit mode ），但是市面上能看到的 MMC 卡其實都有支持 SPI mode 。因此，我們可以把 SD 設定成 SPI mode 的傳輸方式來讀取 MMC 記憶卡。
SD 的 MMC Mode 就是用來讀取 MMC 卡的一種傳輸模式。不過，SD 的 MMC Mode 雖然也是使用 SPI mode ，但其物理特性仍是有差異的：
· MMC 的 SPI mode 最大傳輸速率為 20 Mbit/s ；
· SD 的 SPI mode 最大傳輸速率為 25 Mbit/s 。
為避免混淆，有時也用 SPI/MMC mode 與 SPI/SD mode 的寫法來做清楚區別。
2.MMC 子系統的基本框架結構：
很遺憾，內核沒有為我們提供關於MMC 子系統的文檔，在穀歌上搜索了很多，也沒有找到相關文章。只能自己看代碼分析了，可能有很多理解不對的地方，希望研究過這方面的朋友多郵件交流一下。
MMC 子系統的代碼在kernel/driver/MMC 下，目前的MMC 子系統支持一些形式的記憶卡：SD,SDIO,MMC. 由於筆者對SDIO 的規範不是很清楚，後面的分析中不會涉及。MMC 子系統範圍三個部分：
HOST 部分是針對不同主機的驅動程式，這一部是驅動程式工程師需要根據自己的特點平臺來完成的。
CORE 部分: 這是整個MMC 的核心存，這部分完成了不同協定和規範的實現，並為HOST 層的驅動提供了介面函數。
CARD 部分：因為這些記憶卡都是塊設備，當然需要提供塊設備的驅動程式，這部分就是實現了將你的SD 卡如何實現為塊設備的。
3.HOST 層分析：
HOST 層實現的就是我們針對特定主機的驅動程式，這裏以mini2440 的s3cmci.c 為例子進行分析，我們先採用platform_driver_register(&s3cmci_2440_driver) 註冊了一個平臺設備，接下來重點關注probe 函數。在這個函數總，我們與CORE 的聯繫是通過下面三句實現的。首先分配一個mmc_host 結構體，注意sizeof(struct s3cmci_host) ，這樣就能在mmc_host 中找到了s3cmci_host ，嵌入結構和被嵌入的結構體能夠找到對方在Linux 內核代碼中的常用技術了。接下來為mmc->pos 賦值， s3cmci_ops 結構實現了幾個很重要的函數，待會我一一介紹。中間還對mmc 結構的很多成員進行了賦值，最後將mmc 結構加入到MMC 子系統，mmc_alloc_host ，以及mmc_add_host 的具體做了什麼事情，我們在下節再分析，這三句是些MMC 層驅動必須包含的。
mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct s3cmci_host), &pdev->dev);
mmc->ops = &s3cmci_ops;
……………
s3cmci_ops 中包含了四個函數：
static struct mmc_host_ops s3cmci_ops = {
.request = s3cmci_request,
.set_ios = s3cmci_set_ios,
.get_ro = s3cmci_get_ro,
.get_cd = s3cmci_card_present,
};
我們從簡單的開始分析 , 這些函數都會在 core 部分被調用：
s3cmci_get_ro: 這個函數通過從 GPIO 讀取，來判斷我們的卡是否是防寫的
s3cmci_card_present ： 這個函數通過從 GPIO 讀取來判斷卡是否存在
s3cmci_set_ios ： s3cmci_set_ios(struct mmc_host *mmc, struct mmc_ios *ios)
依據核心層傳遞過來的 ios ，來設置硬體 IO, 包括引腳配置，使能時鐘，和配置匯流排帶寬。
s3cmci_request ： 這個 函數是最主要，也最複雜的函數，實現了命令和資料的發送和接收，
當 CORE 部分需要發送命令或者傳輸資料時，都會調用這個函數，並傳遞 mrq 請求。
static void s3cmci_request(struct mmc_host *mmc, struct mmc_request *mrq)
{
struct s3cmci_host *host = mmc_priv(mmc);
host->status = "mmc request";
host->cmd_is_stop = 0;
host->mrq = mrq;
if (s3cmci_card_present(mmc) == 0) {
dbg(host, dbg_err, "%s: no medium present\n", __func__);
host->mrq->cmd->error = -ENOMEDIUM;
mmc_request_done(mmc, mrq);// 如果卡不存在，就終止請求
} else
s3cmci_send_request(mmc);
}
接下來看 s3cmci_send_request(mmc) ：
這個函數先判斷一下請求時傳輸資料還是命令， 如果是資料的話：
先調用 s3cmci_setup_data 來對 S3C2410_SDIDCON 寄存器進行設置，然後設置 SDITIMER 寄存器這就設置好了匯流排寬度，是否使用 DMA, ，並啟動了資料傳輸模式，並且使能了下面這些中斷：
imsk = S3C2410_SDIIMSK_FIFOFAIL | S3C2410_SDIIMSK_DATACRC |
S3C2410_SDIIMSK_DATATIMEOUT | S3C2410_SDIIMSK_DATAFINISH;
解析來判斷是否是採用 DMA 進行資料傳輸還是採用 FIFO 進行資料傳輸
if (host->dodma)
/ because host->dodma = 0,so we don't use it
res = s3cmci_prepare_dma(host, cmd->data);// 準備 DMA 傳輸，
else
res = s3cmci_prepare_pio(host, cmd->data);.// 準備 FIFO 傳輸
如果是命令的話： 則調用 s3cmci_send_command （）這個函數是命令發送的函數，和 datesheet 上描述的過程差不多 , 關於 SD 規範中命令的格式，請參考參考資料 1.
writel(cmd->arg, host->base + S3C2410_SDICMDARG);/* 先寫參數寄存器
ccon = cmd->opcode & S3C2410_SDICMDCON_INDEX;// 確定命令種類
ccon |= S3C2410_SDICMDCON_SENDERHOST | S3C2410_SDICMDCON_CMDSTART;
/*with start 2bits*/
if (cmd->flags & MMC_RSP_PRESENT)
ccon |= S3C2410_SDICMDCON_WAITRSP;
/*wait rsp*/
if (cmd->flags & MMC_RSP_136)
ccon |= S3C2410_SDICMDCON_LONGRSP;
// 確定 respose 的種類
writel(ccon, host->base + S3C2410_SDICMDCON);
命令通道分析完了，我們分析資料通道，先分析採用 FIFO 方式傳輸是怎麼樣實現的。
先分析 s3cmci_prepare_pio(host, cmd->data)
根據 rw 來判斷是讀還是寫
if (rw) {
do_pio_write(host);
/* Determines SDI generate an interrupt if Tx FIFO fills half*/
enable_imask(host, S3C2410_SDIIMSK_TXFIFOHALF);
} else {
enable_imask(host, S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOHALF
| S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST);
}
如果是寫資料到 SD 的話，會調用 do_pio_write, 往 FIFO 中填充數據。當 64 位元組的 FIFO 少於 33 位元組時就會產生中斷。如果是從 SD 讀數據，則先使能中斷，當 FIFO 多於 31 位元組時時，則會調用中斷服務程式，中斷服務程式中將會調用 do_pio_read FIFO 的資料讀出。
接下來分析 do_pio_write ：
to_ptr = host->base + host->sdidata;
fifo_free(host) 用來檢測 fifo 剩餘空間
while ((fifo = fifo_free(host)) > 3) {
if (!host->pio_bytes) {
res = get_data_buffer(host, &host->pio_bytes,
/* If we have reached the end of the block, we have to
* write exactly the remaining number of bytes. If we
* in the middle of the block, we have to write full
* words, so round down to an even multiple of 4. */
if (fifo >= host->pio_bytes)//fifo 的空間比 pio_bytes 大，表明這是讀這個塊的最後一次
fifo = host->pio_bytes;
/* because the volume of FIFO can contain the remaning block*/
else
fifo -= fifo & 3;/*round down to an even multiple of 4*/
host->pio_bytes -= fifo;// 更新還剩餘的沒有寫完的字
host->pio_count += fifo;/*chang the value of pio_bytes*/
fifo = (fifo + 3) >> 2;// 將位元組數轉化為字數
/*how many words fifo contain,every time we just writ one word*/
ptr = host->pio_ptr;
while (fifo--)
writel(*ptr++, to_ptr);// 寫往 FIFO.
host->pio_ptr = ptr;
}
注釋一：注意， MMC 核心為 mrq->data 成員分配了一個 struct scatterlist 的表，用來支持分散聚集，使用這種方法，這樣使物理上不一致的記憶體頁，被組裝成一個連續的陣列，避免了分配大的緩衝區的問題
我們看代碼
if (host->pio_sgptr >= host->mrq->data->sg_len) {
dbg(host, dbg_debug, "no more buffers (%i/%i)\n",
host->pio_sgptr, host->mrq->data->sg_len);
return -EBUSY;
}
sg = &host->mrq->data->sg[host->pio_sgptr];
*bytes = sg->length;// 頁緩衝區中的長度
* pointer = sg_virt(sg); 將頁位址映射為虛擬位址
host->pio_sgptr++; 這裏表明我們的程式又完成了一次映射
這樣，每一個 mmc 請求，我們只能處理 scatterlist 表中的一個頁（塊）。因此，完成一次完整的請求需要映射 sg_len 次
再來總結一下一個 mmc 寫設備請求的過程：
在 s3cmci_prepare_pio 中我們第一次先調用 do_pio_write ，如果 FIFO 空間大於 3 ，且能夠獲取到 scatterlist ，則我們就開始往 FIFO 寫資料，當 FIFO 空間小於 3 ，則使能 TXFIFOHALF 中斷，在中斷服務程式中，如果檢測到 TFDET 表明又有 FIFO 空間了，則關閉 TXFIFOHALF 中斷，並調用 do_pio_write 進行寫。
資料流程向如下： scatterlist-------->fifo---------->sdcard
一個 mmc 讀設備請求的過程 資料流程向如下 ： sdcard --------> fifo ---------->scatterlist ，
？？？？關於讀數據的過程，中斷的觸發不是很清楚， s3cmci_prepare_pio 中 enable_imask(host, S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOHALF ， S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST); 但如果沒從 SD 卡中讀數據，怎麼會引發這個中斷呢？是由 S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST 引起的嗎
接下來我們分析一下中斷服務程式：
static irqreturn_t s3cmci_irq(int irq, void *dev_id)
該程式先獲取所有的狀態寄存器：
mci_csta = readl(host->base + S3C2410_SDICMDSTAT);
mci_dsta = readl(host->base + S3C2410_SDIDSTA);
mci_dcnt = readl(host->base + S3C2410_SDIDCNT);
mci_fsta = readl(host->base + S3C2410_SDIFSTA);
mci_imsk = readl(host->base + host->sdiimsk);
這些將作為中斷處理的依據。
如果不是 DMA 模式，則處理資料的收發
if (!host->dodma) {
if ((host->pio_active == XFER_WRITE) &&
(mci_fsta & S3C2410_SDIFSTA_TFDET)) {
/*This bit indicates that FIFO data is available for transmit when
DatMode is data transmit mode. If DMA mode is enable, sd
host requests DMA operation.*/
disable_imask(host, S3C2410_SDIIMSK_TXFIFOHALF);
tasklet_schedule(&host->pio_tasklet);
注意我們採用 tasklet 這種延時機制來減少中斷服務的時間，延時函數 pio_tasklet 中調用了 do_pio_write 和 了 do_pio_read
host->status = "pio tx";
}
if ((host->pio_active == XFER_READ) &&
(mci_fsta & S3C2410_SDIFSTA_RFDET)) {
disable_imask(host,
S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOHALF |
S3C2410_SDIIMSK_RXFIFOLAST);
tasklet_schedule(&host->pio_tasklet);
host->status = "pio rx";
}
接下來的很多代碼是對其他的一些類型中斷的處理。
最後來分析 DMA 模式：這種模式下不需要 CPU 的干預。 S3C2440 的 DMA 有 4 個通道，我們選擇了通道 0
static int s3cmci_prepare_dma(struct s3cmci_host *host, struct mmc_data *data)
{
int dma_len, i;
int rw = (data->flags & MMC_DATA_WRITE) ? 1 : 0;
BUG_ON((data->flags & BOTH_DIR) == BOTH_DIR);
s3cmci_dma_setup(host, rw ? S3C2410_DMASRC_MEM : S3C2410_DMASRC_HW); // 注一
s3c2410_dma_ctrl(host->dma, S3C2410_DMAOP_FLUSH);
dma_len = dma_map_sg(mmc_dev(host->mmc), data->sg, data->sg_len,
(rw) ? DMA_TO_DEVICE : DMA_FROM_DEVICE); // 注二
if (dma_len == 0)
return -ENOMEM;
host->dma_complete = 0;
host->dmatogo = dma_len;
for (i = 0; i < dma_len; i++) {
int res;
dbg(host, dbg_dma, "enqueue %i:%u@%u\n", i,
sg_dma_address(&data->sg[i]),
sg_dma_len(&data->sg[i]));
res = s3c2410_dma_enqueue(host->dma, (void *) host,
sg_dma_address(&data->sg[i]),
sg_dma_len(&data->sg[i]));
if (res) {
s3c2410_dma_ctrl(host->dma, S3C2410_DMAOP_FLUSH);
return -EBUSY;
}
}
s3c2410_dma_ctrl(host->dma, S3C2410_DMAOP_START);
return 0;
}
注一 : 這個函數先調用 s3c2410_dma_devconfig 來配置 DMA 源 / 目的的意見類型和位址，注意我們這裏的設備位址 host->mem->start + host->sdidata 實際上就是 SDIDATA 寄存器的位址值，如果是寫 SD 卡，則為目的地址，否則為源地址。然後調用 s3c2410_dma_set_buffdone_fn(host->dma, s3cmci_dma_done_callback);
設置 dma 通道 0 的回調函數。
注二：
dma_len = dma_map_sg(mmc_dev(host->mmc), data->sg, data->sg_len,
(rw) ? DMA_TO_DEVICE : DMA_FROM_DEVICE);
這裏進行分散 / 聚集映射（ P444,LDD3 ） , 返回值是傳送的 DMA 緩衝區數，可能會小於 sg_len ，也就是說 sg_len 與 dma_len 可能是不同的。
sg_dma_address(&data->sg[i]), 返回的是匯流排（ DMA ）位址
sg_dma_len(&data->sg[i])); 返回的是緩衝區的長度。
最後調用 s3c2410_dma_enqueue(host->dma, (void *) host,
sg_dma_address(&data->sg[i]),
sg_dma_len(&data->sg[i]));
對每個 DMA 緩衝區進行排隊，等待處理。
s3c2410_dma_ctrl(host->dma, S3C2410_DMAOP_START); 啟動 DMA
這樣 DMA 緩衝區就和 scatterlist 聯繫起來，當寫資料時， scatterlist 中的資料由於上面的映射關係會直接“拷貝”到 DMA 緩衝區，當讀數據時則反之。整個過程不需要 CPU 干預，自動完成。
以上就是針對 mini2440 HOST 部分的內容。
4 、 CORE 層分析：
CORE 層完成了不同協定和規範的實現，並為 HOST 層的驅動提供了介面函數，在 HOST 層我們曾經調用的兩個函數：
mmc_alloc_host(sizeof(struct s3cmci_host), &pdev->dev);
mmc_add_host(mmc);
我們就從這兩個函數入手，來分析 CORE 層與 HOST 層是如何交互的。
先看 mmc_alloc_host 函數：
dev_set_name(&host->class_dev, "mmc%d", host->index);
host->parent = dev;
host->class_dev.parent = dev;
host->class_dev.class = &mmc_host_class;
device_initialize(&host->class_dev);
這幾句是將導致在 /SYS/CLASS/mmc_host 下出現 mmc0 目錄，添加類設備，在 2.6.21 後的版本中，類設備的 class_device 已近被 device 所取代， LDD3P387 的內容有點 OUT 了
INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);
初始化了一個工作隊列，延時函數為 mmc_rescan ，這個延時函數很重要，下午要詳細分析
最後對 host 做一些默認配置，不過這些配置在 probe 函數的後面都被重置了。
分析 mmc_add_host(mmc);
device_add(&host->class_dev); 這裏才真正的添加了類設備。
其中調用了 mmc_start_host
void mmc_start_host(struct mmc_host *host)
{
mmc_power_off(host);
mmc_detect_change(host, 0);
}
mmc_power_off 中對 ios 進行了設置，然後調用 mmc_set_ios(host);
host->ios.power_mode = MMC_POWER_OFF;
host->ios.bus_width = MMC_BUS_WIDTH_1;
host->ios.timing = MMC_TIMING_LEGACY;
mmc_set_ios(host);
mmc_set_ios(host) 中的關鍵語句 host->ops->set_ios(host, ios); 這裏的 set_ios 實際上就是我們前面所提到的 .set_ios = s3cmci_set_ios,
再看 mmc_detect_change(host, 0); 最後一句是
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay);
實際上就是調用我們前面說的延時函數 mmc_rescan
mmc_power_up(host);// 這個函數實際上與前面的 mmc_power_off 類似，不過設置了啟動時需要的 ios
mmc_go_idle(host);
//CMD0 ， from inactive to idle
mmc_send_if_cond(host, host->ocr_avail);// 發送 SD_SEND_IF_COND ，是使用 SD2.0 卡才需要設置的命令
/*suppot for 2.0 card*/
* ...then normal SD...
*/
err = mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);
if (!err) {
if (mmc_attach_sd(host, ocr))
mmc_power_off(host);
goto out;
}
藍色部分是遵照 SD 卡協定的 SD 卡啟動過程，包括了非啟動模式、卡識別模式和資料傳輸模式三種模式共九種狀態的轉換，你需要參照相關規範來理解。可以先參考下面三章圖對模式和狀態，以及狀態轉換有個初步瞭解。
我們最初的 SD 卡的狀態時 inactive 狀態調用 mmc_go_idle(host) 後，發送命令 CMD0 是其處於 IDLE 狀態。
我們詳細分析一下 mmc_go_idle
memset(&cmd, 0, sizeof(struct mmc_command));
cmd.opcode = MMC_GO_IDLE_STATE; MMC_GO_IDLE_STATE 就是命令 CMD0
cmd.arg = 0; 此命令無參數
cmd.flags = MMC_RSP_SPI_R1 | MMC_RSP_NONE | MMC_CMD_BC;
err = mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, 0);// 見注 1
mmc_delay(1);
注 1 ： mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, 0) 是用來發送命令的，我們揭開它的神秘面紗吧。
memset(&mrq, 0, sizeof(struct mmc_request));
memset(cmd->resp, 0, sizeof(cmd->resp));
cmd->retries = retries;
mrq.cmd = cmd; 將命令嵌入到一個 mmc 請求中
cmd->data = NULL;mmc 命令的 data 部分設置為 NULL, 這樣表示我們要傳輸的是命令而不是資料
mmc_wait_for_req(host, &mrq);// 關鍵部分
在該函數中調用了mmc_start_request ，而這個函數調用了host->ops->request(host, mrq) ，這個request 函數就是我們在前面分析的s3cmci_request ，這樣MMC 核心第二次核HOST 層握手了
我們再看看： err = mmc_send_app_op_cond(host, 0, &ocr);// 注一
if (!err) {
if (mmc_attach_sd(host, ocr))// 注二
mmc_power_off(host);
goto out;
注一：實際上是要發送 ACMD41 命令，這條命令可以用來獲取 SDcard 的允許電壓範圍值，由於這是一條應用命令，所有發送它之前需要發送 CMD_55 命令。執行完後 card 狀態變為 READY 獲取的電壓範圍保存在 ocr 中，再調用 mmc_attach_sd(host, ocr) 看這個電壓範圍是否滿足主機的要求，不滿足，則 power_off 主機。
注二： mmc_attach_sd 完成匹配，和初始化卡的功能
host->ocr = mmc_select_voltage(host, ocr); 看是否匹配，如果匹配則做下面初始化工作
mmc_sd_init_card(host, host->ocr, NULL); 我們分析該函數
（ 1 ） mmc_all_send_cid （）這個函數發生 CMD2 ，獲取卡的身份資訊，進入到身份狀態
(2)card = mmc_alloc_card(host, &sd_type); 分配一張 SD 類型的 card 結構
(3) 接著調用 mmc_send_relative_add, 獲取卡的相對位址，注意一前卡和主機通信都採用默認位址，現在有了自己的位址了，進入到 stand_by 狀態
（ 4 ）通過發送 SEND_CSD (CMD9) 獲取 CSD 寄存器的資訊，包括 block 長度，卡容量等資訊
(5) mmc_select_card(card) 發送 CMD7, 選中目前 RADD 位址上的卡，任何時候匯流排上只有一張卡被選中，進入了傳輸狀態 ，
（ 6 ）調用 mmc_app_send_scr 發送命令 ACMD51 獲取 SRC 寄存器的內容?A
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