mmc子系统分析

• 前言
• 一、MMC子系统介绍
• • 1.1 基本概念
  • 1.2 mmc规范简介
  • • 1.2.1 卡的规范
    • 1.2.2 总线的规范
    • 1.2.3 控制器的规范
• 二、mmc代码分布
• 三、mmc子系统框架
• 四、SD总线协议
• • commands
  • card register
  • response
• 五、初始化流程
• 总结

本文主要是分析Linux系统中mmc子系统的框架和实现。在linux中，kernel使用MMC subsystem统一管理MMC、SD、SDIO等设备。

MMC是MultiMediaCard的简称，从本质上看，它是一种用于固态非易失性存储的内存卡（memory card）规范[1]，定义了诸如卡的形态、尺寸、容量、电气信号、和主机之间的通信协议等方方面面的内容。

从1997年MMC规范发布至今，基于不同的考量（物理尺寸、电压范围、管脚数量、最大容量、数据位宽、clock频率、安全特性、是否支持SPI mode、是否支持DDR mode、等等），进化出了MMC、SD、microSD、SDIO、eMMC等不同的规范（如下面图片1所示）。虽然乱花迷人，其本质终究还是一样的，丝毫未变，这就是Linux kernel将它们统称为MMC的原因。

MMC、SD、SDIO的技术本质是一样的（使用相同的总线规范，等等），都是从MMC规范演化而来；
MMC强调的是多媒体存储（MM，MultiMedia）；
SD强调的是安全和数据保护（S，Secure）；
SDIO是从SD演化出来的，强调的是接口（IO，Input/Output），不再关注另一端的具体形态（可以是WIFI设备、Bluetooth设备、GPS等等）。

MMC分别从卡（Card Concept）、总线（Bus Concept）以及控制器（Host Controller）三个方面，定义MMC system的行为。

卡的规范主要是规定卡的形状、物理尺寸、管脚、内部block组成，寄存器等。下图是eMMC的示例图：

卡的内部由以下几个block组成：
Memory core，存储介质，一般是NAND flash、NOR flash等。
Memory core interface，管理存储介质的接口，用于访问(读、写、擦除)存储介质。
Card interface(cmd、clk、data)，总线接口，外界访问卡内部存储介质的接口，和具体的管脚有关。
Card interface controller，用于访问内部存储介质。
Power模块，提供reset、上电检测等功能。
寄存器，用于提供卡的信息、参数、访问控制等功能。

卡的管脚有Vdd、GND、RST 、CLK、CMD和DATA等，Vdd和GND提供power，RST用于复位，CLK、CMD、DATA为MMC总线协议的物理通道：
CLK一条线，提供同步时钟，可以在CLK的上升沿、下降沿、上升沿河下降沿采集数据；
CMD一条线，用于传输双向的命令。
DATA 1条(1bit)、4条(4bit)、8条(8bit)，用于传输双向的数据。

drivers/mmc/card 存放卡设备相关的驱动，如MMC/SD卡设备等。

​​drivers/mmc/host 针对不同主机端的SDHC、MMC控制器的驱动。

drivers/mmc/core mmc子系统的核心层，完成了不同协议和规范的实现，为HOST层和设备驱动层提供了接口。

mmc子系统款家图

SD总线通信是基于指令和数据比特流，起始位和停止位结束。SD总线通信有三个元素：
command：由host发送到卡设备，使用cmd线发送
response：从card端发送到host端，是对接收到的cmd的回应，也通过cmd线发送；
data：可以从host到card，也可以从card到host，通过data线传输。

四种用于控制卡设备的指令类型，每个command占48bit
1、broadcast commands(bc)，no response 广播类型指令，不需要响应；
2、broadcast commands with response(bcr)：需要响应的广播类型指令；
3、addressed(pint-to-point) commands(ac)：由HOST发送到指定的卡设备，没有数据的传输；
4、address(point-to-point) data transfercommands(adtc)：由HOST发送数据到指定卡设备；

主要的寄存器：OCR、CID、CSD、RCA、SCR：
operation condition register(OCR) 32位的OCR包含卡设备支持的工作电压列表；
card identification number register(CID) 用于卡识别的卡信息，包括制造商ID，产品名等；
relative card address regisger(RCA) 存放在卡识别阶段分配的卡地址，缺省地址为0000h；
SD card configuration register(SCR) 配置寄存器，用于配置SD memory的特殊功能；

所有的response都经过cmd线发送给HOST端，R4和R5响应是SDIO中特有的
1、R1(normal response command) 用来响应常用指令；
2、R2(CID/CSD register) 用来响应CMD2、CMD10、CMD9，并把CID和CSD寄存器作为响应数据；
3、R3(OCR register) 响应ACMD41指令，并把OCR寄存器作为响应数据；
4、R4(CMD5) 响应CMD5，把OCR寄存器作为响应数据
5、R5(CMD52) CMD52是一个读写寄存器的指令，R5用于返回寄存器数据；
6、R6(pulished RCA response) 分配卡地址的响应；
7、R7(card interface condition) 响应CMD8，返回卡支持的电压信息；

此处初始化流程以emmc设备为例。
Linux内核版本：4.9.37

提示：这里对文章进行总结：