SDIO SDCard热插拔支持

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sdcard热插拔机制的实现方式，适配过程记录

MMC - SDCard热插拔

热插拔的定义

热插拔一般是指某个部件在插入或拔出主体时，能够让主体感知到。在sdcard热插拔这块，也就是指sd card插入和拔出时，linux内核都能检测卡的状态，收到通知并做出响应的反馈。

热插拔的实现方式

热插拔的实现方式一般有两种：

  • 轮询
  • 中断

Linux内核中具体的实现方式

linux内核实现了MMC Core，MMC Core在如下情况下会去扫描mmc硬件总线:

  • Probe host时，调用_mmc_detect_change，唤醒host->detect；
  • cd-gpio中断检测到card状态发送变化，调用mmc_detect_change，唤醒host->detect；
  • host要求轮询sd card插入状态的情况下，所进行的轮询操作；

Probe host时

probe host时就已经会解析设备树中指定的cd-gpios了，

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内核已经实现了mmc_gpio_cd_irqt回调，gpio中断触发时调用mmc_detect_change函数，该函数负责唤醒detect延时任务，detect在初始化时被绑定为：

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dw_mci_init_slot(host);
	mmc_alloc_host(sizeof(struct dw_mci_slot), host->dev);
		INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);

mmc_rescan中负责检测mmc card

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cd-gpio中断触发时

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。

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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;

	host->trigger_card_event = true;
    
    // 调用mmc_detect_change对card的插入状态变化进行处理 
    // 注意，这里ctx->cd_debounce_delay_ms=200，延时了200ms是用来进行消抖
	mmc_detect_change(host, msecs_to_jiffies(ctx->cd_debounce_delay_ms));

	return IRQ_HANDLED;
}

轮询检测

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。

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void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
	struct mmc_host *host =
		container_of(work, struct mmc_host, detect.work);
	int i;
    
    ......
    
 out:
	// 当host设置了MMC_CAP_NEEDS_POLL属性时，需要每隔HZ的时间轮询检测host的卡槽状态，
	// 调度了host->detect工作，对应就是mmc_rescan
    // 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
	if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
		mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
}

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。

下面描述detect任务的初始化过程和唤醒时机

detect task的创建

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struct mmc_host *mmc_alloc_host(int extra, struct device *dev)
{
    ......
	// 初始化detect工作为mmc_rescan，
	// 后续调度host->detect来检测是否有card插入时，
	// 就会调用到mmc_rescan
	INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);
    ......
 }

detect task的唤醒

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void mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay)
{
	_mmc_detect_change(host, delay, true);
}
EXPORT_SYMBOL(mmc_detect_change);

void _mmc_detect_change(struct mmc_host *host, unsigned long delay, bool cd_irq)
{
	/*
	 * If the device is configured as wakeup, we prevent a new sleep for
	 * 5 s to give provision for user space to consume the event.
	 */
	if (cd_irq && !(host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL) &&
		device_can_wakeup(mmc_dev(host)))
		pm_wakeup_event(mmc_dev(host), 5000);

	host->detect_change = 1; // 检测到card状态发生变化的标识
	mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay); // 间隔delay jiffies之后调用host->detect的工作(mmc_rescan)
}

detect task(mmc_rescan)的实现

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，sd card的话就是mmc_sd_ops，sdio card就是mmc_sdio_ops。

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。

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void mmc_rescan(struct work_struct *work)
{
	struct mmc_host *host =
		container_of(work, struct mmc_host, detect.work);
	int i;

	/* 如果rescan_disable被设置，说明host此时还禁止rescan */
	if (host->rescan_disable)
		return;

	/* If there is a non-removable card registered, only scan once */
	/* 对于设备不可移除的host来说，只能rescan一次 */
	if (!mmc_card_is_removable(host) && host->rescan_entered)
		return;
	host->rescan_entered = 1;

	if (host->trigger_card_event && host->ops->card_event) {
		mmc_claim_host(host);
		host->ops->card_event(host);
		mmc_release_host(host);
		host->trigger_card_event = false;
	}

	mmc_bus_get(host);// 获取host对应的bus

	/* Verify a registered card to be functional, else remove it. */
	if (host->bus_ops && !host->bus_dead)
		host->bus_ops->detect(host);

	host->detect_change = 0;

	/*
	 * Let mmc_bus_put() free the bus/bus_ops if we've found that
	 * the card is no longer present.
	 */
	mmc_bus_put(host);
	// 因为在这个函数的前面已经获取了一次host，
	// 可能导致host->bus_ops->detect中检测到card拔出之后，
	// 没有真正释放到host的bus，所以这里先put一次
	// host bus的计数（bus_refs）为0的时候，会调用__mmc_release_bus清空host bus的信息
	mmc_bus_get(host);

	/* if there still is a card present, stop here */
	if (host->bus_ops != NULL) {
		mmc_bus_put(host);
		goto out;
	}

	/*
	 * Only we can add a new handler, so it's safe to
	 * release the lock here.
	 */
	mmc_bus_put(host);

	mmc_claim_host(host);
	if (mmc_card_is_removable(host) && host->ops->get_cd &&
			host->ops->get_cd(host) == 0) {
		mmc_power_off(host);
		mmc_release_host(host);
		goto out;
	}

	// 调用mmc_rescan_try_freq，以支持的最低频率作为工作频率尝试搜索card
	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_release_host(host);

 out:
	// 当host设置了MMC_CAP_NEEDS_POLL属性时，需要每隔HZ的时间轮询检测host的卡槽状态，
	// 调度了host->detect工作，对应就是mmc_rescan
	if (host->caps & MMC_CAP_NEEDS_POLL)
		mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, HZ);
}

sd card热插拔状态的获取

获取方式主要有两种：

  • gpio中断
  • host本身具有检测卡状态的寄存器

gpio中断实现热插拔

mmc core解析gpio中断，在Probe host一节的代码路径里可以看到，这依赖dts中描述cd-gpios节点：
一个配置案例：

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注意，这里必须要引用gpio控制器(带有gpio-controller描述的节点)

host本身具有检测卡状态的寄存器

忽略

一次sd card热插拔适配异常问题的定位和解决经历

内核启动时，sd card初始化成功，但是热插拔时，sd card初始化失败， 所以将drivers\mmc\core\core.c中定义DEBUG宏，对比启动时的初始化log和热插拔时的log

左 - 内核启动时log
右 - 热插拔时的log

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为了理解上面的指令序列：

查询spec sdio-spce-v3:

An SDIO aware host sends CMD5 prior to the CMD55/ACMD41 pair, and thus would receive a valid OCR in
the R4 response to CMD5 and continue to initialize the card. Figure 3-2 shows the operation of an SDIO
aware host operating in the SD modes and Figure 3-3 shows the same operation for a host that operates in
the SPI mode.

在初始化正常的log里，CMD55/CMD41指令对协商工作电压，sd card返回的R4类型的回复，bit24为0，而热插拔的log中CMD41的R3返回的bit24为1

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R4类型的回复中，bit24为S18R，

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看样子是sdhci开始切换1.8v了，所以右边的log里会在CMD41获取到OCR bit24为1后开始执行CMD11。目前我们的原型平台还不支持1.8v工作。

正常的初始化序列是：

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为了屏蔽此处的电压切换，走读代码寻找CMD11的发送位置：

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临时让mmc_set_uhs_voltage在入口处就返回：

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再次启动内核，热插拔sd card，初始化可以成功！