uboot移植Linux-SD驱动代码解析

一、uboot与linux驱动

1.1、uboot本身是裸机程序

(1)狭义的驱动概念是指：操作系统中用来具体操控硬件的代码叫驱动
广义的驱动概念是指：凡是操控硬件的代码都叫驱动
(2)裸机程序中是直接使用寄存器的物理地址来操控硬件的，操作系统中必须通过驱动来操控硬件。
这两个有什么区别？本质区别就是分层。

1.2、uboot的虚拟地址对硬件操作的影响

(1)操作系统（指的是linux）下MMU肯定是开启的，也就是说linux驱动中使用的都是虚拟地址。
而纯裸机程序中根本没有使用MMU，全部使用的是物理地址。这是裸机和驱动操控硬件的一个重要区别。

(2)uboot早期也是使用纯物理地址工作的，但是现在的uboot开启了MMU做了虚拟地址映射，因此要将驱动移植到uboot必须考虑真实操控的是不是同一个物理地址。
查uboot中的虚拟地址映射表，发现除了0x30000000-0x3FFFFFFF映射到了0xC0000000-0xCFFFFFFF之外，其余的虚拟地址空间全是原样映射的。
而我们驱动中主要是操控硬件寄存器，而S5PV210的SFR都在0xExxxxxx地址空间，因此驱动中不必考虑虚拟地址。

1.3、uboot借用（移植）了linux驱动

(1)linux驱动本身做了分文件的模块化设计。linux驱动本身和linux内核不是强耦合的，这是linux驱动可以被uboot借用（移植）的关键。
(2)linux驱动本身有更复杂的框架，实现了很多的附带功能，而uboot本质上只是个裸机程序，uboot移植linux驱动时只是借用了linux驱动的一部分而已。

二、iNand/SD驱动解析（从start_armboot中的mmc_initialize开始)

(1)驱动整体非常庞大，涉及很多个文件夹下的很多文件，函数更多，我们从start_armboot函数中的驱动初始化部分入手。
(2)mmc_initialize在start_armboot函数604行处调用，函数定义在：uboot/drivers/mmc/mmc.c中。
uboot移植的linux驱动都放在了uboot/drivers目录。

int mmc_initialize(bd_t *bis)
{
    struct mmc *mmc;
    int err;

    INIT_LIST_HEAD(&mmc_devices);
    //1.这句代码的含义是：初始化全局变量mmc_devices
    //2.初始化的值是：将mmc_devices这个结构体类型的变量中的next、prev指针均指向自己
    //3.mmc_devices的作用：是用来记录系统中所有已经注册的SD/iNand设备
    //4.举例：向系统中插入一个SD卡/iNand设备，则系统驱动就会向mmc_devices链表中增加一个节点表示这个设备。
    cur_dev_num = 0;
    //cur_dev_num的作用：记录当前正在操作的SD卡设备的设备号

    if (board_mmc_init(bis) < 0)
        cpu_mmc_init(bis);

#if defined(DEBUG_S3C_HSMMC)
    print_mmc_devices(',');
#endif

#ifdef CONFIG_CHECK_X210CV3
    mmc = find_mmc_device(1);//lqm
#else
    mmc = find_mmc_device(0);
#endif
    if (mmc) {
        err = mmc_init(mmc);
        if (err)
            err = mmc_init(mmc);
        if (err) {
            printf("Card init fail!\n");
            return err;
        }
    }
    printf("%ldMB\n", (mmc->capacity/(1024*1024/(1<<9))));
    return 0;
}

(3)mmc_initialize这个函数的作用就是初始化板上的MMC系统。
MMC系统的初始化应该包含这么两部分：
SoC里的SD/MMC控制器初始化（MMC系统时钟的初始化、GPIO初始化、SFR初始化）
SD卡/iNand 内部控制器的初始化。
//SD卡有很多种状态，获取到不同的命令，就会执行不同的操作，然后进入下一种状态；
//在SD卡中有个小型控制器，封装了读写SD卡的函数。
//这里的初始化SD卡就是为了 初始化SD卡的状态到合适。

(4)mmc_devices链表（全局变量），用来记录系统中所有已经注册的SD/iNand设备。所以向系统中插入一个SD卡/iNand设备，则系统驱动就会向mmc_devices链表中插入一个数据结构表示这个设备。

2.1、cpu_mmc_init（mmc_initialize函数1191行处调用）

(1)函数定义在：uboot/cpu/s5pc11x/cpu.c中。实质是通过调用3个函数来完成的。

int cpu_mmc_init(bd_t *bis)
{
#ifdef CONFIG_S3C_HSMMC
    setup_hsmmc_clock();
    setup_hsmmc_cfg_gpio();
    return smdk_s3c_hsmmc_init();
#else
    return 0;
#endif
}

2.1.1、setup_hsmmc_clock

(1)函数定义在：uboot/cpu/s5pc11x/setup_hsmmc.c中。看名字函数是用来初始化SoC中MMC控制器的时钟部分的。


void setup_hsmmc_clock(void)
{
    u32 tmp;
    u32 clock;
    u32 i;

    /* MMC0 clock src = SCLKMPLL */
    //CLK_SRC4低4位设置为0110，意思是设置MMC0通道的源时钟为SCLKMPLL
    tmp = CLK_SRC4_REG & ~(0x0000000f);
    CLK_SRC4_REG = tmp | 0x00000006;

    /* MMC0 clock div */
    tmp = CLK_DIV4_REG & ~(0x0000000f);//CLK_DIV4di4位清0
    clock = get_MPLL_CLK()/1000000;//MPLL_CLK = 667MHz,clock = 667
    for(i=0; i<0xf; i++)
    {
        if((clock / (i+1)) <= 50) { 667/14 < 50, i+1 = 14, i = 13 = (1101)
            CLK_DIV4_REG = tmp | i<<0;    //对MPLL_CLK（667M）进行14分频得到SCLKMPLL（47M）
            break;
        }
    }


#ifdef USE_MMC2
    /* MMC2 clock src = SCLKMPLL */
    tmp = CLK_SRC4_REG & ~(0x00000f00);
    CLK_SRC4_REG = tmp | 0x00000600;

    /* MMC2 clock div */
    tmp = CLK_DIV4_REG & ~(0x00000f00);
    CLK_DIV4_REG = tmp | i<<8;
#endif


}

2.1.2、setup_hsmmc_cfg_gpio

(1)函数定义在：uboot/cpu/s5pc11x/setup_hsmmc.c中。看名字函数是用来配置SoC中MMC控制器相关的GPIO的。

2.1.3、smdk_s3c_hsmmc_init

(1)函数定义在：uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c中。函数内部通过宏定义USE_MMCx来决定是否调用s3c_hsmmc_initialize来进行具体的初始化操作。

int smdk_s3c_hsmmc_init(void)
{
    int err;

#ifdef USE_MMC0            //x210使用这里
    err = s3c_hsmmc_initialize(0);
    if(err)
        return err;
#endif

#ifdef USE_MMC1
    err = s3c_hsmmc_initialize(1);
    if(err)
        return err;
#endif    

#ifdef USE_MMC2           //x210使用这里
    err = s3c_hsmmc_initialize(2);
    if(err)
        return err;
#endif    

#ifdef USE_MMC3
    err = s3c_hsmmc_initialize(3);
    if(err)
        return err;
#endif
    return -1;
}

2.1.3.1、s3c_hsmmc_initialize

(1)函数定义在：uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c中。

static int s3c_hsmmc_initialize(int channel)
{
    struct mmc *mmc;
    //struct mmc封装了SD卡所有相关的信息和操作函数，和C++中使用类来面向对象很像。

    mmc = &mmc_channel[channel];

    sprintf(mmc->name, "S3C_HSMMC%d", channel);
    mmc->priv = &mmc_host[channel];
    mmc->send_cmd = s3c_hsmmc_send_command;
    mmc->set_ios = s3c_hsmmc_set_ios;
    mmc->init = s3c_hsmmc_init;

    mmc->voltages = MMC_VDD_32_33 | MMC_VDD_33_34;
    mmc->host_caps = MMC_MODE_4BIT | MMC_MODE_HS_52MHz | MMC_MODE_HS;
#if defined(USE_MMC0_8BIT) || defined(USE_MMC2_8BIT)
    mmc->host_caps |= MMC_MODE_8BIT;
#endif

    mmc->f_min = 400000;
    mmc->f_max = 52000000;

    mmc_host[channel].clock = 0;

    switch(channel) {
    case 0:
        mmc_host[channel].ioaddr = (void *)ELFIN_HSMMC_0_BASE;
        break;
    case 1:
        mmc_host[channel].ioaddr = (void *)ELFIN_HSMMC_1_BASE;
        break;
    case 2:
        mmc_host[channel].ioaddr = (void *)ELFIN_HSMMC_2_BASE;
        break;
#ifdef USE_MMC3
    case 3:
        mmc_host[channel].ioaddr = (void *)ELFIN_HSMMC_3_BASE;
        break;
#endif
    default:
        printk("mmc err: not supported channel %d\n", channel);
    }
    
    return mmc_register(mmc);
}

(2)定义一个指向struct mmc类型的指针，指向mmc_channel数组中的元素，mmc_channel数组中的每个元素都是struct mmc类型的对象，之后填充这个指针指向的对象的成员和成员函数，最后调用mmc_register函数来向驱动框架注册这个mmc设备驱动。

int mmc_register(struct mmc *mmc)
{
    /* Setup the universal parts of the block interface just once */
    mmc->block_dev.if_type = IF_TYPE_MMC;
    mmc->block_dev.dev = cur_dev_num++;
    mmc->block_dev.removable = 1;
    mmc->block_dev.block_read = mmc_bread;
    mmc->block_dev.block_write = mmc_bwrite;

    INIT_LIST_HEAD(&mmc->link);

    list_add_tail(&mmc->link, &mmc_devices);//将该设备插入内核链表

    return 0;
}

(3)mmc_register功能是进行mmc设备的注册，注册方法就是将当前这个mmc插入到mmc_devices这个内核链表中去。

(4)我们在x210_sd.h中定义了USE_MMC0和USE_MMC2，因此在我们的uboot初始化时会调用2次s3c_hsmmc_initialize函数，传递参数分别是0和2，因此完成之后系统中会注册上2个mmc设备，表示当前系统中有2个mmc通道在工作。

(5)至此cpu_mmc_init函数分析完成。完成了以下工作:
SoC里的MMC控制器初始化（MMC系统时钟的初始化、SFR初始化、GPIO初始化）

2.2、find_mmc_device

(1)函数定义在：uboot/drivers/mmc/mmc.c中。

struct mmc *find_mmc_device(int dev_num)
{
    struct mmc *m;
    struct list_head *entry;

    list_for_each(entry, &mmc_devices) {
        m = list_entry(entry, struct mmc, link);

        if (m->block_dev.dev == dev_num)
            return m;
	 }

    printf("MMC Device %d not found\n", dev_num);

    return NULL;
}

(2)这个函数的作用就是通过mmc设备号在内核链表中查找对应的mmc设备（struct mmc的对象，根据上面2.1.3.1.(4)分析系统中有2个mmc设备，编号分别是0和2）。函数工作原理就是遍历mmc_devices链表，去依次寻找注册了的mmc设备，然后对比设备编号，如果相同则就说明找到了设备。找到后调用mmc_init函数来初始化这个设备。

2.3、mmc_init

(1)函数定义在：drivers/mmc/mmc.c中。

(2)这个函数应该是要进行mmc卡的初始化了（前面已经完成了SoC端控制器的初始化）

(3)函数的调用关系为：

mmc_init                    //发送若干个命令码初始化SD卡内部的控制器
	mmc_go_idle            //命令1
		mmc_send_cmd        //发送命令1
	mmc_send_if_cond        //命令2
		mmc_send_cmd        //发送命令2
	······

可以看出，mmc_init函数内部就是依次通过向mmc卡发送命令码（CMD0、CMD2那些）来初始化SD卡/iNand内部的控制器，以达到初始化SD卡的目的。

三、总结

(1)至此整个MMC系统初始化结束。
uboot中的iNand/SD驱动总体的调用关系：
(2)整个MMC系统初始化分为2大部分：SoC这一端的MMC控制器的初始化，SD卡这一端卡本身的初始化。前一部分主要是在cpu_mmc_init函数中完成，后一部分主要是在mmc_init函数中完成。

(3)整个初始化完成后去使用sd卡/iNand时，操作方法和mmc_init函数中初始化SD卡的操作方式一样。读写sd卡时也是通过总线向SD卡发送命令、读取/写入数据来完成的。

(4)顺着mmc_init函数中发送命令的操作追下去，到了mmc_send_cmd函数处就断了，真正的向SD卡发送命令的硬件操作的函数找不到。

(5)struct mmc结构体是关键。两部分初始化之间用使用mmc结构体来联系，初始化完了后对mmc卡的常规读写操作也是通过mmc结构体来链接的。

四、linux驱动前奏

4.1、struct mmc

(1)驱动的设计中有一个关键数据结构，每个驱动都对应着一个数据结构。譬如MMC驱动的结构体就是struct mmc，这个结构体中包含一些变量和一些函数指针，变量用来记录SD卡相关的属性，函数指针用来记录SD卡相关的操作方法。这些变量和函数指针加起来就构成了驱动。驱动就被抽象为这个结构体。

(2)一个驱动工作时主要就分两部分（以iNand/SD驱动为例子）：
驱动构建（构建一个struct mmc对象然后填充它）、驱动运行时（调用这个对象里的函数指针和变量）

4.2、分离思想—面向对象

(1)分离思想就是说在驱动中将操作方法和数据分开，然后封装在一个结构体中。

(2)操作方法就是函数，数据就是变量。所谓操作方法和数据分离的意思就是：在不同的地方来存储和管理驱动的操作方法和变量，这样的优势就是驱动便于移植。

4.3、分层思想

(1)分层思想是指一整个的驱动分为好多个层次。驱动分为很多个源文件，放在很多个文件夹中。

(2)以mmc驱动为例来分析各个文件的作用：
uboot/drivers/mmc/mmc.c：本文件的主要内容是和MMC卡操作有关的方法，譬如MMC卡设置复位状态的mmc_go_idle、卡读写数据等。但是本文件中并没有具体的硬件寄存器操作函数，操作最终指向的是struct mmc结构体中的函数指针send_cmd，这些函数指针是在驱动构建的时候和真正硬件操作函数挂勾的（真正的硬件操作函数在别的文件中）。

uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c:本文件中主要内容是SoC内部MMC控制器的硬件寄存器操作方法，真正的寄存器操作就在这里，譬如向SD卡发送命令的函数（s3c_hsmmc_send_command），譬如和SD卡读写数据的函数（s3c_hsmmc_set_ios），这些函数就是具体操作硬件的函数，也就是mmc.c中函数指针最终指向的函数。这些函数在mmc驱动初始化构建时（cpu_mmc_init-> smdk_s3c_hsmmc_init-> s3c_hsmmc_initialize函数中）和struct mmc对象挂勾起来备用。

分析：mmc.c和s3c_hsmmc.c构成了一个分层，mmc.c中调用了s3c_hsmmc.中的函数，所以mmc.c在上层，s3c_hsmmc.c在下层。这两个分层后我们发现mmc.c中不涉及具体硬件的操作，s3c_hsmmc.c中不涉及驱动工作时的时序操作（发送命令的先后顺序）。因此移植的时候就有好处：譬如我们要把这一套mmc驱动移植到别的SoC上，mmc.c就不用动，s3c_hsmmc.c动就可以了；譬如SoC没变但是SD卡升级了，这时候只需要更换mmc.c，不需要更换s3c_hsmmc.c即可。

cpu/s5pc110/下面还有一个setup_hsmmc.c，也和MMC驱动有关。但是这些代码为什么不能放到drivers目录下去，而要放到cpu目录下去？因为这里面的2个函数（setup_hsmmc_clock和setup_hsmmc_cfg_gpio）都是和SoC内部有关的初始化函数，这两个函数不能放到drivers目录下去。实际上如果非把这两个函数放在uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c文件中也能说过去。

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