为了学习SD/SDIO协议，看了一下linux中初始化SD卡的流程，结合代码更容易SD初始化是怎么做的。
下面图截自:"SD Specifications Part 1 Physical Layer Simplified Specification Version 4.10"
SD卡在sd模式下的初始化流程图，sd协议还有spi模式暂不研究。
这个流程图对应于linux 代码就在
/driver/mmc/core/sd.c
static int mmc_sd_init_card(struct mmc_host *host, u32 ocr, struct mmc_card *oldcard)
传入参数
truct mmc_host *host mmc/sd/sdio主机控器的结构，成员用到再说明
u32 ocr 这个比较重要，与ACMD41和sd卡中ocr寄存器相关。调用mmc_sd_init_card之前
linux已经做过一些工作，就是发送ACMD41获取SD卡工作电压，与Host支持电压匹配并设置host的电压，然后调用mmc_sd_init_card，并把电压信息通过ocr传递下来。流程图开始时这些工作已经做好。
struct mmc_card *oldcard 新插入的卡初始化时该值为NULL。
linux版本3.7 mmc_sd_init_card函数:
1 /* 2 * Handle the detection and initialisation of a card. 3 * 4 * In the case of a resume, "oldcard" will contain the card 5 * we're trying to reinitialise. 6 */ 7 static int mmc_sd_init_card(struct mmc_host *host, u32 ocr, 8 struct mmc_card *oldcard) 9 { 10 struct mmc_card *card; 11 int err; 12 u32 cid[4]; 13 u32 rocr = 0; 14 15 BUG_ON(!host); 16 WARN_ON(!host->claimed); 17 18 err = mmc_sd_get_cid(host, ocr, cid, &rocr); 19 if (err) 20 return err; 21 22 if (oldcard) { 23 if (memcmp(cid, oldcard->raw_cid, sizeof(cid)) != 0) 24 return -ENOENT; 25 26 card = oldcard; 27 } else { 28 /* 29 * Allocate card structure. 30 */ 31 card = mmc_alloc_card(host, &sd_type); 32 if (IS_ERR(card)) 33 return PTR_ERR(card); 34 35 card->type = MMC_TYPE_SD; 36 memcpy(card->raw_cid, cid, sizeof(card->raw_cid)); 37 } 38 39 /* 40 * For native busses: get card RCA and quit open drain mode. 41 */ 42 if (!mmc_host_is_spi(host)) { 43 err = mmc_send_relative_addr(host, &card->rca); 44 if (err) 45 return err; 46 } 47 48 if (!oldcard) { 49 err = mmc_sd_get_csd(host, card); 50 if (err) 51 return err; 52 53 mmc_decode_cid(card); 54 } 55 56 /* 57 * Select card, as all following commands rely on that. 58 */ 59 if (!mmc_host_is_spi(host)) { 60 err = mmc_select_card(card); 61 if (err) 62 return err; 63 } 64 65 err = mmc_sd_setup_card(host, card, oldcard != NULL); 66 if (err) 67 goto free_card; 68 69 /* Initialization sequence for UHS-I cards */ 70 if (rocr & SD_ROCR_S18A) { 71 err = mmc_sd_init_uhs_card(card); 72 if (err) 73 goto free_card; 74 75 /* Card is an ultra-high-speed card */ 76 mmc_card_set_uhs(card); 77 78 /* 79 * Since initialization is now complete, enable preset 80 * value registers for UHS-I cards. 81 */ 82 if (host->ops->enable_preset_value) { 83 mmc_host_clk_hold(card->host); 84 host->ops->enable_preset_value(host, true); 85 mmc_host_clk_release(card->host); 86 } 87 } else { 88 /* 89 * Attempt to change to high-speed (if supported) 90 */ 91 err = mmc_sd_switch_hs(card); 92 if (err > 0) 93 mmc_sd_go_highspeed(card); 94 else if (err) 95 goto free_card; 96 97 /* 98 * Set bus speed. 99 */ 100 mmc_set_clock(host, mmc_sd_get_max_clock(card)); 101 102 /* 103 * Switch to wider bus (if supported). 104 */ 105 if ((host->caps & MMC_CAP_4_BIT_DATA) && 106 (card->scr.bus_widths & SD_SCR_BUS_WIDTH_4)) { 107 err = mmc_app_set_bus_width(card, MMC_BUS_WIDTH_4); 108 if (err) 109 goto free_card; 110 111 mmc_set_bus_width(host, MMC_BUS_WIDTH_4); 112 } 113 } 114 115 host->card = card; 116 return 0; 117 118 free_card: 119 if (!oldcard) 120 mmc_remove_card(card); 121 122 return err; 123 }
18行,err = mmc_sd_get_cid(host, ocr, cid, &rocr);字面意思就是获取CID,对照着流程图给该函数注释:
1 /* 2 * Fetch CID from card. 3 */ 4 int mmc_sd_get_cid(struct mmc_host *host, u32 ocr, u32 *cid, u32 *rocr) 5 { 6 int err; 7 u32 max_current; 8 9 /* 10 * Since we're changing the OCR value, we seem to 11 * need to tell some cards to go back to the idle 12 * state. We wait 1ms to give cards time to 13 * respond. 14 */ 15 mmc_go_idle(host);//发送CMD0 16 17 /* 18 * If SD_SEND_IF_COND indicates an SD 2.0 19 * compliant card and we should set bit 30 20 * of the ocr to indicate that we can handle 21 * block-addressed SDHC cards. 22 */ 23 err = mmc_send_if_cond(host, ocr);//发送CMD8,
24 if (!err) 25 ocr |= SD_OCR_CCS;//如果返回失败,说明卡不是SD2.0或之后的版本,如果是2.0的SD卡,把ocr的30位置1,即协议里ACMD41命令中的HCS.
26 表示支持SDHC或SDXC,ACMD41命令见下面图示
27 /* 28 * If the host supports one of UHS-I modes, request the card 29 * to switch to 1.8V signaling level. 30 */ 31 if (host->caps & (MMC_CAP_UHS_SDR12 | MMC_CAP_UHS_SDR25 | 32 MMC_CAP_UHS_SDR50 | MMC_CAP_UHS_SDR104 | MMC_CAP_UHS_DDR50)) 33 ocr |= SD_OCR_S18R; //判断主机控制器是否支持UHS-I host->caps通常在主机控制器驱动的probe函数里面初始化,值和具体主机控制器
有关.如果支持那么就把ocr的24位置1,即ACMD41命令的S18R.表示要求SD卡准备切换到1.8V电压模式
34 35 /* 36 * If the host can supply more than 150mA at current voltage, 37 * XPC should be set to 1. 38 */ 39 max_current = sd_get_host_max_current(host);
40 if (max_current > 150) 41 ocr |= SD_OCR_XPC;//SDXC中Power Control相关的项,ocr第28位,ACMD41中的XPC
42 43 try_again: 44 err = mmc_send_app_op_cond(host, ocr, rocr);//发送ACMD41,这个函数你可以进去看一下,会发现循环检验ACMD41的,应答值的31位,与
协议流程图中符合.rocr就是卡对ACMD41的应答值.另外ACMD41属于app cmd需要先发送CMD55,这个linux都封装在了函数里,并且流程图上也简化掉了.
45 if (err) 46 return err; 47 48 /* 49 * In case CCS and S18A in the response is set, start Signal Voltage 50 * Switch procedure. SPI mode doesn't support CMD11. 51 */ 52 if (!mmc_host_is_spi(host) && rocr && 53 ((*rocr & 0x41000000) == 0x41000000)) {//这个if语句,先判断是不是spi模式,是spi模式就不继续,我只分析SD模式所以继续
判断rocr即ACMD41的应答值的CSS(30位)和S18A(24位)这两位具体意义见代码下面的图表.只有当sd卡是SDHC或SDXC,并且SD卡准备好切换电压模式,才切换
SDSC不进行切换.
54 err = mmc_set_signal_voltage(host, MMC_SIGNAL_VOLTAGE_180, true);//发送CMD11切换,主机端也做相应的处理.
55 if (err) { 56 ocr &= ~SD_OCR_S18R; 57 goto try_again; 58 } 59 } 60 61 if (mmc_host_is_spi(host)) 62 err = mmc_send_cid(host, cid); 63 else 64 err = mmc_all_send_cid(host, cid);//发送CMD2.获取cid,即Card IDentification register,存放了一些卡的信息,
到这里发现已经到了流程图的底部,只剩CMD3了
65 66 return err; 67 }
ACMD41命令:
图中红线标出的就是代码中rocr的值.关于该命令更多的内容见SD的spec.
回到mmc_sd_init_card函数,
22~37行与协议无关,主要是初始化一个struct mmc_card *card结构体.这个结构体就相当于这张卡的身份证,从卡的CID,CSD..寄存器拿到的值都要填到该结构中备用.
43行 err = mmc_send_relative_addr(host, &card->rca),发送CMD3获取RCA,得到卡的地址.流程图到这里就结束了. mmc_sd_init_card却没有结束.
接下来还要获取SD卡的CSD寄存器的值,来填充struct mmc_card *card结构体.
49行 err = mmc_sd_get_csd(host, card);发送CMD9获取CSD并解析,填充到card.CSD寄存器保存了大量卡的信息.
53行 mmc_decode_cid(card); 解析前面获得的CID并填充到card,这一步为什么不在前面获得cid的时候做? 是因为sd卡协议有不同版本而版本信息放在CSD中,所以需要先得到CSD,获得版本号,在根据版本号解析CID中的数据. 详细内容见spec中寄存器部分.
60行 err = mmc_select_card(card);发送CMD7使用上面得到的地址选择卡
65行 err = mmc_sd_setup_card(host, card, oldcard != NULL);发送ACMD51获取SCR寄存器值,发送ACMD13获取SD卡状态信息,解析并填充card结构,SCR寄存器是对CSD的补充.
最后69~113行 if else语句,判断是否是UHS-I,分别进行处理.先看一下esle中的代码
先调用 err = mmc_sd_switch_hs(card);,支持高速就发命令把卡设置到高速
1 int mmc_sd_switch_hs(struct mmc_card *card) 2 { 3 int err; 4 u8 *status; 5 6 if (card->scr.sda_vsn < SCR_SPEC_VER_1)//判断卡的版本,SD1.1和之后的版本支持高速 7 return 0; 8 9 if (!(card->csd.cmdclass & CCC_SWITCH))//判断是否支持class10命令 10 return 0; 11 12 if (!(card->host->caps & MMC_CAP_SD_HIGHSPEED))//判断主机控制器是否支持高速卡 13 return 0; 14 15 if (card->sw_caps.hs_max_dtr == 0)/*这个值什么情况下会为0? 该值赋值是在mmc_read_switch函数中,发送CMD6命令时赋值的,如果不支持HIGHSPEED就没有赋值. 16 通常sd卡驱动中使用CMD6命令,都会发送两次,第一次查询卡是否支持接下来要做的切换(在mmc_read_switch中). 17 第二次执行切换操作.CMD6命令详细内容见spec*/ 18 return 0; 19 20 err = -EIO; 21 22 status = kmalloc(64, GFP_KERNEL);//分配64bytes的空间.用于接收CMD6的应答数据. 23 if (!status) { 24 pr_err("%s: could not allocate a buffer for " 25 "switch capabilities. ", mmc_hostname(card->host)); 26 return -ENOMEM; 27 } 28 29 err = mmc_sd_switch(card, 1, 0, 1, status);//发送CMD6切换卡到高速 30 if (err) 31 goto out; 32 33 if ((status[16] & 0xF) != 1) {//切换结果在第17字节,也是spec中规定的 34 pr_warning("%s: Problem switching card " 35 "into high-speed mode! ", 36 mmc_hostname(card->host)); 37 err = 0; 38 } else { 39 err = 1; 40 } 41 42 out: 43 kfree(status); 44 45 return err; 46 }
93行,设置主机这边,最终会调用host驱动,与你host硬件有关.
100行,mmc_set_clock(host, mmc_sd_get_max_clock(card));//设置时钟频率,mmc_sd_get_max_clock(card)是用的card->sw_caps.hs_max_dtr或card->csd.max_dtr.如果支持高速linux会设置为card->sw_caps.hs_max_dtr,这个值在之前被赋为
50000000.
105~111 同样需要host和card同时支持4bit宽度,才能设置,并且要同时设置host和card
err = mmc_app_set_bus_width(card, MMC_BUS_WIDTH_4);设置卡的总线宽度,使用的命令是ACMD6
至此,mmc_sd_init_card函数就结束了. linux中的初始化处理过程基本上与spec中的流程图相符. 之后还有设置时钟,设置数据线宽度等操作.
还有一个关于UHS-I的分支没有分析,这个放到下篇分析.并且其中又涉及到CMD6,顺便简单分析学习一下CMD6的使用.