Linux内核之MMC框架

背景

之前简单说了说SDIO、SD、MMC之间的区别与联系，具体可见以下链接：

https://notes.z-dd.online/2024/01/19/MMC%E5%92%8CSD%E4%B8%8ESDIO/

最近刚好看到这块，今天来看看Linux内核中关于它们的MMC框架。

软件架构

Linux内核中，SDIO、SD、MMC相关的驱动都由MMC框架来管理。其主要的软件架构如下图所示：

和一般的框架类似，可以分为横向的“从左到右”和纵向的“从上到下”两个种层次结构。

横向的“从左到右”

MMC属于一种总线驱动，所以主要包括Host、Bus、Card三类实体（从左到右），软件上也是一一对应：

host，负责驱动Host controller，提供诸如访问card的寄存器、检测card的插拔、读写card等操作方法。从设备模型的角度看，host会检测卡的插入，并向bus注册MMC card设备；

bus，是MMC bus的虚拟抽象，以标准设备模型的方式，收纳MMC card（device）以及对应的MMC driver（driver）；

card，抽象具体的MMC卡，由对应的MMC driver驱动（从这个角度看，可以忽略MMC的技术细节，只需关心一个个具有特定功能的卡设备，如存储卡、WIFI卡、GPS卡等等）。

纵向的“从上到下”

MMC framework从下到上也有3个层次：

MMC core位于中间，是MMC framework的核心实现，负责抽象host、bus、card等软件实体，负责向底层提供统一、便利的编写Host controller driver的API；

MMC host controller driver位于底层，基于MMC core提供的框架，驱动具体的硬件（MMC controller）；

MMC card driver位于最上面，负责驱动MMC core抽象出来的虚拟的card设备，并对接内核其它的framework（例如块设备、TTY、wireless等），实现具体的功能。

源码及工作流程

基于前面的架构，我们来简单看看MMC框架的源码及工作流程。这里以较新的内核代码(这里看的是v5.4)为例。

代码目录

内核中关于MMC框架的代码目录为：drivers/mmc/，目录树大致为：

drivers/mmc/
├── core
│   ├── block.c
│   ├── bus.c
│   ├── core.c
│   ├── host.c
│   ├── mmc.c
│   ├── mmc_ops.c
│   ├── pwrseq.c
│   ├── sd.c
│   ├── sdio.c  
│   ├── sdio_ops.c
│   ├── ... ...
│   ├── sd_ops.c
│   └── slot-gpio.h
├── host
│   ├── dw_mmc.c
│   ├── dw_mmc-rockchip.c
│   ├── mmci.c
│   ├── sdhci.c
│   ├── sunxi-mmc.c
│   ├── ... ...
│   └── wmt-sdmmc.c
├── Kconfig
└── Makefile

按照前面的架构，以前的代码是包括core、host、card这三块，较新的内核源码将通用的 card 代码(比如block.c、sdio_uart.c)合并到 core ，所以现在主要分为2大块：

core：MMC core，负责抽象host、bus、card等软件实体；负责向底层提供统一、通用的编写Host controller driver的API；还包含了一些通用的 card 驱动代码；
host：MMC host controller driver，基于MMC core提供的框架，驱动具体的硬件，主要是不同厂家的MMC controller；

工作流程

这里主要讲讲scan（添加host，检测card）的过程。
在各个厂家 host 驱动的 probe 函数中，会调用mmc_alloc_host()，里面会初始化一个扫描的工作队列，同时probe 函数还会调用mmc_add_host()函数，最终会调度前面初始化的扫描工作队列，开始 mmc_rescan。
上面是厂家 host驱动probe初始化会调用 mmc_rescan流程，当有卡插拔时也会触发 mmc_rescan流程。

# 初始化时
xxx_probe() -- drivers/mmc/host/xxx.c
    -> mmc_alloc_host() -- drivers/mmc/core/host.c
        -> INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);    // 初始化扫描卡的工作队列
    -> mmc_add_host() -- drivers/mmc/core/host.c
        -> mmc_start_host() -- drivers/mmc/core/core.c
            -> _mmc_detect_change()
                -> mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay); // 开始扫描工作队列
                    -> mmc_rescan()

# 卡插拔时
xxx_irq() -- drivers/mmc/host/xxx.c
    -> mmc_detect_change() -- drivers/mmc/core/core.c
        -> _mmc_detect_change()
            -> mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay); // 开始扫描工作队列
                -> mmc_rescan()

mmc_rescan 流程：

首先会用不同的频率来尝试扫描mmc设备，依次为400KHz、300KHz、200KHz和100KHz，如果成功则不进行后续更低频率的尝试
在尝试每个频率时，会通过mmc_rescan_try_freq函数来具体执行rescan流程
mmc_rescan_try_freq函数中会依次执行power_up、hw_reset以及让卡进入idle状态，接下来会依次attach SDIO、SD和MMC三种子协议的卡，成功的话就会去初始化卡，添加卡，失败就会去power_off，继续下一个频率的尝试。

部分细节代码：

//mmc_rescan:
	for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(freqs); i++) {
		if (!mmc_rescan_try_freq(host, max(freqs[i], host->f_min)))
			break;
		if (freqs[i] <= host->f_min)
			break;
	}

//mmc_rescan_try_freq:
	/* Order's important: probe SDIO, then SD, then MMC */
	if (!(host->caps2 & MMC_CAP2_NO_SDIO))
		if (!mmc_attach_sdio(host))
			return 0;

	if (!(host->caps2 & MMC_CAP2_NO_SD))
		if (!mmc_attach_sd(host))
			return 0;

	if (!(host->caps2 & MMC_CAP2_NO_MMC))
		if (!mmc_attach_mmc(host))
			return 0;