SylixOS中SD驱动实现流程

Posted 2020-09-11

1、概述

本文档以imx6实验平台为例，介绍SD设备驱动实现流程。

 

2、SylixOS中SD系统框架

SylixOS中SD协议栈（以下称作SD Stack）结构如图 2.1所示。

图 2.1 SD 协议栈结构

1）Host层：硬件控制器抽象层，SD控制器在不同的硬件平台上可能有不同的实现，因此需要实现具体的传输处理操作。所有的控制器驱动都向上（Core层）提供统一的操作接口。SD Stack已经提供了符合SD规范的标准控制器SDHCI驱动，在此情况下，控制器驱动的编写将更加简单。当然也可使用SPI传输。

2）Core层：主要封装了SD和SPI两种传输方式以及SD Memory和SDIO相关协议操作库，让Client层只需要关心与具体设备相关的SD协议处理，而不必考虑底层的硬件情况，详细介绍如下：

(a) sdLib为基于Core Xfer 为传输对象封装的SD Memory相关协议操作库；

(b) sdioLib: 与sdLib一样，是针对sdio类设备特殊操作的相关工具库，sdio类设备驱动使用此库可以使驱动的编写更简单。

(c) SDM: SD DRV Manager, 即SD 驱动管理层，这里的SD驱动包括SD 设备驱动和SD控制器驱动，这样两者的信息都由SDM管理维护，以此达到两者完全隔离的目的。

3）Client层：实现具体的设备类协议，主要包括SD Memory和SDIO BASE两个库，分别对应SD存储卡类设备和SDIO类设备，详细介绍如下：

(a) SD Memory 负责SD Memory 相关的协议处理（如初始化，块读写等），它同时完成与SylixOS块设备相关的接口创建（BLK_DEV）。

(b) SDIO BASE: sdio类基础驱动，它和SD Memory处于同一级别，它不会直接去创建实际的sdio类设备，主要是在完成sdio的基础初始化后，使用特定的sdio子类驱动来创建对应的设备。之所以设计sdio类基础驱动，是为了让驱动的管理更加统一，同时将原设计中的一些缺点(比如设备驱动要关心Host的一些信息)掩藏起来, 让sdio类设备驱动开发更简洁。

3、SD驱动实现

3.1 SD设备驱动安装

在安装控制器驱动前，需要先安装SD设备驱动，树要实现如图 3.1所示。

图 3.1 安装SD设备驱动

该函数中主要就是实现了SD memory设备的创建和删除方法，并将其链入设备驱动链表，以便于在有设备事件通知时，创建设备时根据设备类型调用。

 

3.2 SD控制器驱动安装

在imx6实验平台的bsp中，需要创建HOST控制器用来保存HOST相关信息，安装控制器驱动实现如图 3.2所示。

图 3.2 SD控制器驱动安装

图中相关实现解读如下：

1. SD控制器参数初始化，主要填充HOST控制器相关参数，如卡状态、总线名、设备类型、时钟频率等；

2. 端口初始化，即实现通道相关管脚的分配等；

3. 通道扩展寄存器初始化，此函数可以暂时为空；

4. 创建SD标准主控制器，主要实现寄存器访问驱动、解析主控制器的功能、创建传输事务、创建SDM层的HOST对象用来保存HOST信息等；

5. 获取SDM层的HOST对象；

6. 向SDM层通知当前设备事件（针对BOOT设备的特殊属性，直接创建设备，提高启动速度）；

7. 热插拔事件处理，主要针对SD卡等热插拔设备。

本文档主要针对eMMC，在实验平台上作为BOOT设备启动，所以，主要介绍上图⑥函数。

3.3 SDM设备创建

当SD设备作为启动设备时，通知事件相关调用关系如图 3.3所示。

图 3.3 SDM设备创建

图中，首先根据通知事件类型，直接调用__sdmDevCreate函数创建一个SDM设备，该函数中相关实现解读如下：

1. 遍历SD驱动链表，根据设备驱动类型找到对应的设备驱动，并得到设备名；

2. 创建一个CORE设备，将设备名和挂接的适配器名关联起来；

3. 调用设备驱动创建一个SD设备。

3.4 SD设备的创建及初始化

SD规范主要定义了3种传输速率：低速（400KHZ时钟，通常用于设备初始化阶段）；全速（25MHZ时钟，用户设备正常工作阶段）；高速（50MHZ时钟，可支持高速设备）。SD规范中明确定义了设备和控制器必须支持低速和全速，高速模式为非必要实现，需要控制器和设备双方均支持才能正常工作。

设备的创建最终调用到从SD驱动链表中查找到的设备驱动函数__sdmemDevCreate，该函数中首先就是调用API_SdMemDevCreate接口创建一个SD记忆卡设备，而对SD设备的初始化__sdMemInit就在该函数中被调用，关于__sdMemInit解读如下：

1. 发送命令前设置，如图 3.4所示。

   

图 3.4 初始化前准备

1. 重启电源；

2. 初始化时将时钟设置为低速400KHZ状态；

3. 设置总线为1位总线模式。

2）进入idle状态，如图 3.5所示。

图 3.5 进入idle状态

3)       检查卡接口条件（cmd8），如图 3.6所示。

图 3.6 检查卡接口条件

1. 获取HOST工作电压；

2. 检查卡支持电压。

4）获取卡支持信息，并激活卡初始化（acmd41），如图 3.7所示。

图 3.7 获取卡支持信息

5）获取设备CID（cmd2），如图 3.8所示。

图 3.8 获取设备CID

6）获取设备RCA（cmd3），如图 3.9所示。

图 3.9 获取设备RCA

7）根据设备类型（sd/mmc设备）切换传输速率（即切换时钟频率），如图 3.10所示。

图 3.10 针对设备类型进行相应处理

1. sd设备

   1. 设置当前时钟为全速传输状态（25mhz时钟）；

   2. 获取当前设备可支持传输能力（即是否支持高速传输）；

   3. 若设备支持高速传输，设置当前时钟为高速传输状态（50mhz时钟）；

   4. 设置块传输长度（默认512）；

   5. 设置总线宽度（4bit）；

2. mmc设备

   1. 设置块传输长度（默认512）；

   2. 设置mmc卡的总线频率；

   3. 设置mmc卡的总线位宽。

3.5 挂载磁盘分区并打印磁盘信息

设备创建并初始化完成后即可进行分区挂载，如图 3.11所示。

图 3.11 挂载磁盘分区

至此SD驱动已基本实现。

4、参考资料

1. SD Memory Card Specifications Part1 Physical Layer Specification

2. SD Specifications Part 1 Physical Layer Simplified Specification

3. SD Specifications Part E1 SDIO Simplified Specification

4. SD Specifications Part A2 SD Host Controller Simplified Specification

5. http://blog.chinaunix.net/uid-30296321-id-5094936.html