[sd card] mmc硬件总线扫描流程（以sd card为例）

一、扫描mmc硬件总线

扫描mmc硬件总线，也就是检测mmc硬件总线上是否有挂载card。更加通俗的，就是卡槽上是否有插入card。

1、扫描mmc硬件总线的时机

mmc core在如下情况下会去扫描mmc硬件总线:

启动一个host的时候而调用mmc_detect_change

当启动一个host的时候，并不知道当前是否有card插入，此时需要调用mmc_detect_change来假设card插入状态发生了变化，

并且进行第一次扫描mmc硬件总线。

代码如下，过滤掉无关代码：

void mmc_start_host(struct mmc_host *host)
{
//...
mmc_detect_change(host, 0);
}

底层硬件发现card插入状态发生变化而调用mmc_detect_change的时候（sd card插入状态监控）

当底层硬件发现card插入状态发生变化，例如sd card的插入或者拔出可以触发某个GPIO产生中断。

此时，可以在中断处理中调用mmc_detect_change来进行扫描mmc硬件总线，并且根据总线上的card状态变化进行处理。

这种情况的主要目的是为了实现sd card的热插拔。

代码如下，过滤掉无关代码：

static irqreturn_t mmc_gpio_cd_irqt(int irq, void *dev_id)
{
status = mmc_gpio_get_status(host);   // 先获取card的插入状态
if (unlikely(status < 0))
goto out;

if (status ^ ctx->status) {   // 与之前的card的状态进行比较，不一样则说明mmc硬件总线上的card发生了插入或者拔出事件
ctx->status = status;
/* Schedule a card detection after a debounce timeout */
mmc_detect_change(host, msecs_to_jiffies(200));
// 调用mmc_detect_change对card的插入状态变化进行处理
// 注意，这里延时了200ms是用来进行消抖
}
out:
return IRQ_HANDLED;
}

host要求轮询sd card插入状态的情况下，所进行的轮询操作（sd card插入状态监控）

一般来说，在host无法根据硬件来及时获取card插入状态发生变化的情况下，会要求mmc_core每隔一段时间（一般是HZ，一秒）扫描一次mmc硬件总线。

在这种情况下，mmc_host的MMC_CAP_NEEDS_POLL属性会被设置。

这种情况的主要目的也是为了实现sd card的热插拔。

代码如下，过滤掉无关代码：

void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
// 这里先说明下
// 在《host模块说明》已经知道了在mmc_alloc_host中默认将host->detect工作设置为mmc_rescan（card扫描）函数，
// INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan)
// 这样，通过mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ)就会每隔HZ时间就会执行一次mmc_rescan
}

2、如何扫描mmc硬件总线

从上述，我们知道了可以通过调用mmc_detect_change和执行host->detect工作来发起mmc硬件总线的扫描。

而mmc_detect_change最终也是执行mmc_host->detect工作来发起mmc硬件总线扫描的。

下面来看一下这两个函数

mmc_detect_change

代码如下：

void mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay)
{
host->detect_change = 1;    // 设置mmc_host->detect_change，表示检测到card状态发生了变化
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay);
// 间隔delay时间之后，执行工作host->detect
// 这个delay时间用于消抖
}

可以发现，mmc_detect_change最终也是执行mmc_host->detect工作来发起mmc硬件总线扫描的。

mmc_host->detect

通过前面的说明，可以知道mmc_host->detect才是发起mmc硬件总线扫描的工作的。

那么，这个东西是在哪里被设置又是被设置成什么的呢？这个其实在《[mmc subsystem] mmc core（第四章）——host模块说明》中已经说明过了。

代码如下，去掉无关代码：

struct mmc_host *mmc_alloc_host(int extra, struct device *dev)
{
//...
INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);
//...
}

可以发现mmc_host->detect是在mmc_alloc_host中被设置为mmc_rescan了。

所以mmc_rescan是扫描mmc硬件总线的核心内容。

mmc_rescan

首先说明，当mmc core检测到一张card并且初始化该card完成时，会将该mmc_bus于该card绑定，相应的mmc_bus的操作mmc_bus_ops就会被设置成对应card类型的操作集。

例如emmc的话就是mmc_ops或者mmc_ops_unsafe，而sd card的话就是mmc_sd_ops或者mmc_sd_ops_unsafe。

具体可以参考《[mmc subsystem] mmc core（第五章）——card相关模块（mmc type card）》

所以mmc_rescan主要是进行以下两种操作：

当mmc_host的mmc_bus_ops没有被设置的时候

这种情况下，说明mmc_bus并没有和card绑定。也就是之前并没有card插入或者识别初始化card的过程中失败了。

所以只需要去判断当前是否有card插入，如果有的话，进行card的识别和初始化操作（并且会设置mmc_bus_ops）。否则，说明都不做。

当mmc_host的mmc_bus_ops被设置的时候

这种情况下，说明mmc_bus已经和card绑定了。也就是之前已经有card插入并且初始化成功了。

那么此时，需要调用mmc_bus_ops中的detect方法（对于sd card来说就是mmc_sd_detect）来判断card是否被移除，并且进行相应的动作。

代码如下（去掉一些和流程性无关的代码）：

void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
struct mmc_host *host == container_of(work, struct mmc_host, detect.work); // 根据mmc_host->decect.work来获取到mmc_host
bool extend_wakelock = false;

if (host->rescan_disable)
return;    // 如果host还没有初始化完成的话，会设置rescan_disable，此时是不允许扫描硬件总线的

/* If there is a non-removable card registered, only scan once */
if ((host->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE) && host->rescan_entered)
return;    // 对于MMC_CAP_NONREMOVABLE的host来说，其card是不可移除的，那么也就只需要扫描一次硬件总线
host->rescan_entered = 1;

/** 以下先处理mmc硬件总线上原来已经存在card的情况 **/
if (host->bus_ops && host->bus_ops->detect && !host->bus_dead
&& !(host->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE))
host->bus_ops->detect(host);
// 在mmc_bus_ops被设置被设置的情况下（也就是已经和card绑定了）
// 调用mmc_bus_ops->detect来检测card是否被移除，如果是的话，进行相应的释放动作
// 同时，会销毁mmc_bus_ops

/* if there still is a card present, stop here */
if (host->bus_ops != NULL) {    // 说明card并没有被移除，不需要进行什么动作了，直接退出
goto out;
}

/** 走到这里，说明之前并没有card插入，或者说card的拔出动作已经处理完成 **/
// 根据host->ops->get_cd来获取当前card的插入状态，为0说明当前没有card插入
if (host->ops->get_cd && host->ops->get_cd(host) == 0) {
goto out;    // 退出
}

if (!mmc_rescan_try_freq(host, host->f_min))
// 说明当前有card插入，调用mmc_rescan_try_freq，以最小的工作频率来识别和初始化card
extend_wakelock = true;

out:
if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
// 在需要轮询的情况下，间隔HZ工作之后，重新调度工作host->detect，也就是mmc_rescan
// 就是通过这里实现轮询的机制的。
}

二、sd card插入状态的获取

通过第一节中，我们知道了mmc_rescan是通过调用mmc_host->mmc_host_ops->get_cd来获取当前card的插入状态的。

那么这个方法是怎么实现的呢？如何获取card当前的插入状态呢？以下来说明一下这两个问题。

1、获取sd card当前的插入状态

一般来说有两种方式来获取到sd card当前的插入状态

（1）GPIO获取的方法

可以通过sd card的card detect引脚来判断当前是否有sd card插入

（2）host寄存器获取的方法

某些host在硬件上有识别sd card是否插入的能力。这种情况下，可以通过读取host的寄存器来获取到当前是否有sd card插入。

1（1）、通过GPIO获取当前sd card的插入状态

DECECT引脚

这里先

以TF card为例，参考http://blog.csdn.net/xqhrs232/article/details/43339171。

首先以一个原理图来看一下TF card卡座的连接



（其中SD_CARD_DET_N是有外部上拉的）。

以卡座的DET_SWITCH引脚作为card检测脚。

其card和卡座引脚定义如下：



可以观察到，虽然TF CARD（micro）只有8个引脚，但是卡座另外定义了一个CD引脚（DET_SWITCH）。

我的猜想是，对于某些tf card卡座来说，当tf card插入时，会把CD引脚（DET_SWITCH）直接定义到连接到groud上去。

所以，这里可以梳理出，

当card没有插入的情况下，由于外部上拉的关系，cpu连接到DET_SWITCH的gpio为高电平。

当card插入时，tf card卡座会把DET_SWITCH拉低，相应的，cpu连接到DET_SWITCH的gpio为低电平。

当然，上述只是一种情况，具体cd gpio的电平情况取决于使用的卡座的实现。

注册card插入状态检测GPIO软件介绍

mmc core提供了mmc_gpio_request_cd来为host定义自己的cd-detect引脚，也就是对应上面连接到卡座上的CD引脚的GPIO。

mmc_gpio_request_cd实现如下（虽然也会注册GPIO中断，但是这里先不关心）：

int mmc_gpio_request_cd(struct mmc_host *host, unsigned int gpio)
{
struct mmc_gpio *ctx;    // struct mmc_gpio用来表示连接卡槽的一些GPIO的状态
int ret;

ret = mmc_gpio_alloc(host);    // 调用mmc_gpio_alloc来为host分配一个struct mmc_gpio
ctx = host->slot.handler_priv;    // 获取struct mmc_gpio

ret = devm_gpio_request_one(&host->class_dev, gpio, GPIOF_DIR_IN, ctx->cd_label);   // 申请这个GPIO
ctx->cd_gpio = gpio;    // 将设置到ctx->cd_gpio中
}

所以后续就可以通过读取 mmc_host->slot.handler_priv->cd_gpio的电平状态来判断当前card的插入状态

通过GPIO获取当前sd card的插入状态

在上述通过mmc_gpio_request_cd注册完成cd gpio之后，就可以通过mmc_gpio_get_cd来获取card的插入状态。

当其返回1时，表示当前有card插入，当其返回0是，表示当前没有card插入。

其实现如下

int mmc_gpio_get_cd(struct mmc_host *host)
{
struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv;    // 提取出host对应的struct mmc_gpio

if (!ctx || !gpio_is_valid(ctx->cd_gpio))    // 如果没有注册cd gpio的情况下，直接返回了
return -ENOSYS;

return !gpio_get_value_cansleep(ctx->cd_gpio) ^ !!(host->caps2 & MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH);
// 因为mmc_gpio_get_cd返回1表示有card插入，返回0是表示没有card插入
// MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH属性被设置的话，表示当有card插入时为cd gpio为高电平（主要取决于卡座）
// 假设这里MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH没有被设置，也就是有card插入时cd gpio为低电平
// 当cd gpio检测到低电平的时候，相当于是!0 ^ 0=1，因此会返回1，有card插入
// 当cd gpio检测到高电平的时候，相当于是!1 ^ 0=0，因此会返回0，没有card插入
}

1（2）、通过host寄存器获取当前card插入状态

前提是某些host在硬件上有识别sd card是否插入的能力。这种情况下，可以通过读取host的寄存器来获取到当前是否有sd card插入。

寄存器介绍

以sdhci类host为例，根据《SDHC_Ver3.00_Final_110225》 “2.2.9 Present State Register(Offset 024h)”



可以通过Present State Register（偏移地址为0x24）的bit16来判断card的插入状态。

**注意：有可能存在实际使用sdhci的host不符合上述标准的情况，对于这类host，会定义sdhci_host中的quirks的SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION。

SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION说明该sdhci host并没有通过Present State Register（偏移地址为0x24）的bit16来提供一个可靠的card插入状态判断方式。**

软件介绍

以sdhci类host为例

static int sdhci_do_get_cd(struct sdhci_host *host)
{
if (host->quirks & SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION)
return 1;

/* Host native card detect */
return !!(sdhci_readl(host, SDHCI_PRESENT_STATE) & SDHCI_CARD_PRESENT);
}

2、mmc_host_ops->get_cd方法的实现

通过上述我们已经知道了两种获取当前card插入状态的方法。

接下来就是利用上述的两种方法来实现mmc_host_ops->get_cd。

对于这个方法来说，返回1表示当前有card插入，返回0表示当前没有card插入。

对于sdhci类host来说，这个方法对应实现为sdhci_do_get_cd，实现方法如下：

static int sdhci_get_cd(struct mmc_host *mmc)
{
struct sdhci_host *host = mmc_priv(mmc);
int ret;

sdhci_runtime_pm_get(host);
ret = sdhci_do_get_cd(host);   // 进一步调用sdhci_do_get_cd
sdhci_runtime_pm_put(host);
return ret;
}
static int sdhci_do_get_cd(struct sdhci_host *host)
{
int gpio_cd = mmc_gpio_get_cd(host->mmc);
// 通过调用mmc_gpio_get_cd，通过cd gpio获取当前的card插入状态，对应上述“通过GPIO获取当前sd card的插入状态”

/* If polling/nonremovable, assume that the card is always present. */
if (host->mmc->caps & MMC_CAP_NONREMOVABLE)   // 对于不可移除的设备，总是返回1
return 1;

if (!IS_ERR_VALUE(gpio_cd))
return !!gpio_cd;   // mmc_gpio_get_cd返回值有效的话，返回插入状态

// 因为host并不一定有通过mmc_gpio_request_cd注册cd gpio，也就是没有实现“通过GPIO获取当前sd card的插入状态”
// 这种情况下就尝试通过用sdhci的寄存器来获取

// 当SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION被设置的时候，说明该host并没有提供检测card插入状态检测的能力，
// 直接返回1，假设插入，由后续协议的工作来尝试初始化
if (host->quirks & SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION)
return 1;

// 读取sdhci的SDHCI_PRESENT_STATE的bit SDHCI_CARD_PRESENT来获取card的插入状态。
/* Host native card detect */
return !!(sdhci_readl(host, SDHCI_PRESENT_STATE) & SDHCI_CARD_PRESENT);
}

三、sd card热插拔实现

sd card热插拔实现，就是对sd card的插入状态的监控。通常来说有两种方式中断监控和轮询监控。

mmc core会选择其中的一种方式来监控sd card的插入状态。

1、中断监控

通过sd card的cd引脚的电平变化来触发中断，从而告知cpu说sd card的插入状态已经发生了变化。

实现方式如下：

cd-gpio的解析

在dtsi中可以定义如下：

&sdhc_2 {
cd-gpios = <&gpio_ctrl 99 0x1>;
}
// cd-gpios这个属性名的定义取决于host driver将cd gpio定义成了什么名字
// gpio_ctrl，也就是要使用的GPIO所使用的gpio controller
// 99：sd card的cd引脚连接到GPIO99上
// 0x01：取决于host driver如何解释这个flag的，一般来说，0x01表示低电平有card插入，0x00则表示高电平有card插入

在host driver的解析如下

status_gpio = of_get_named_gpio_flags(np, "cd-gpios", 0, &flags);
// 解析cd-gpios属性，提取对应GPIO号到status_gpio中，提取flags
if (gpio_is_valid(status_gpio) & !(flags & OF_GPIO_ACTIVE_LOW))
pdata->caps2 |= MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH;
// 这里会解析flags，如前面说的
// 0x01表示低电平有card插入，0x00则表示高电平有card插入
// OF_GPIO_ACTIVE_LOW=1
// 所以当flags=0的时候，会设置MMC_CAP2_CD_ACTIVE_HIGH，告诉mmc core，这个host现在是高电平表示有card插入

注册cd-gpio中断引脚

前面说过了可以通过mmc_gpio_request_cd来注册一个gpio检测卡插入状态的引脚。

同样也是通过这个函数来注册这个GPIO对应的中断。

mmc_gpio_request_cd(mmc_host, status_gpio);

mmc_gpio_request_cd实现

int mmc_gpio_request_cd(struct mmc_host *host, unsigned int gpio)
{
struct mmc_gpio *ctx;
int irq = gpio_to_irq(gpio);    // 获取gpio对应的中断号
int ret;

ret = mmc_gpio_alloc(host);    // 为mmc_host分配一个struct mmc_gpio
ctx = host->slot.handler_priv;    // 提取struct mmc_gpio
ret = devm_gpio_request_one(&host->class_dev, gpio, GPIOF_DIR_IN,  ctx->cd_label); // 申请这个GPIO

// 判断host driver是否已经定义了轮询属性，如果定义了轮询属性，那么就不需要使用中断电控
if (irq >= 0 && host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
irq = -EINVAL;

ctx->cd_gpio = gpio;    // 设置ctx->cd_gpio，在GPIO检测sd card插入状态的情况下会使用到
host->slot.cd_irq = irq;    // 设置cd中断，host->slot.cd_irq

ret = mmc_gpio_get_status(host);    // 通过GPIO获取当前的card插入状态，主要是判断返回值是否正常，也就是改GPIO是否可用
if (ret < 0)
return ret;

ctx->status = ret;

if (irq >= 0) {
ret = devm_request_threaded_irq(&host->class_dev, irq,
NULL, mmc_gpio_cd_irqt,
IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT,
ctx->cd_label, host);    // 这里注册了cd-gpio的中断处理函数为mmc_gpio_cd_irqt，后面我们会看一下这个的实现
if (ret < 0)
irq = ret;
}

// 如果设置成中断监控的方式失败的情况下，设置轮询标识MMC_CAP_NEEDS_POLL，使能轮询监控
if (irq < 0)
host->caps |= MMC_CAP_NEEDS_POLL;

return 0;
}

中断监控的中断处理函数mmc_gpio_cd_irqt

代码如下：

static irqreturn_t mmc_gpio_cd_irqt(int irq, void *dev_id)
{
/* Schedule a card detection after a debounce timeout */
struct mmc_host *host = dev_id;
struct mmc_gpio *ctx = host->slot.handler_priv;
int status;

status = mmc_gpio_get_status(host);    // 获取此时的card插入状态
if (unlikely(status < 0))
goto out;

if (status ^ ctx->status) {    // 和上一次的card插入状态进行比较，如果是反的话，说明card发生了插入或者拔出事件
ctx->status = status;    // 设置上一次的card插入状态为此时的card插入状态

/* Schedule a card detection after a debounce timeout */
mmc_detect_change(host, msecs_to_jiffies(200));
// 执行mmc_detect_change对card插入状态变化进行处理，200ms则是用来进行消抖
}
out:

return IRQ_HANDLED;
}

2、轮询监控

主要实现为每隔一段时间（一般是HZ,1s）扫描一下mmc硬件总线。

对应需要设置的属性标识

需要设置mmc_host的MMC_CAP_NEEDS_POLL属性标识

实现方式

每个1s中调用一次mmc_host->detect工作。

void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
// 这里先说明下
// 在《host模块说明》已经知道了在mmc_alloc_host中默认将host->detect工作设置为mmc_rescan（card扫描）函数，
// INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan)
// 这样，通过mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ)就会每隔HZ时间就会执行一次mmc_rescan
}

在host启动的时候，会执行一次mmc_host->detect工作，这时就开始进行轮询了。

以上就实现了每隔1s执行一次mmc_rescan来扫描mmc硬件总线的变化情况。