U-Boot MMC Device Driver Analysis

文件标识：RK-KF-YF-156

发布版本：V1.1.0

日期：2021-03-02

文件密级：□绝密 □秘密 □内部资料 ■公开

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前言

概述

该文档介绍 Rockchip U-Boot next-dev 的 MMC 驱动，包括协议层，驱动层介绍，DTS 配置。

产品版本

芯片名称	U-Boot版本
所有芯片	next-dev

读者对象

本文档（本指南）主要适用于以下工程师：

技术支持工程师

软件开发工程师

修订记录

版本号	作者	修改日期	修改说明
V1.0.0	朱志展	2018-08-31	初始版本
V1.0.1	黄莹	2021-03-02	修改格式

[TOC]

MMC 设备简介

MMC 为 MultiMedia Card，多媒体存储卡，但后续泛指一个接口协定（一种卡式），能符合这接口的内存器都可称作 mmc 储存体。可以分为三类：

mmc type card ：1.标准 mmc 卡：闪存卡的一种，使用 mmc 标准；2. emmc：Embedded MultiMediaCard，是 MMC 协会所制定的内嵌式存储器标准规格，带有 mmc 接口，是具备 mmc 协议的芯片。
sd type card：SD 卡为 Secure Digital Memory Card, 即安全数码卡。它在 MMC 的基础上发展而来，增加了两个主要特色：SD 卡强调数据的安全安全，可以设定所储存的使用权限，防止数据被他人复制。兼容 mmc 接口规范。
sdio type card：SDIO 是在 SD 标准上定义了一种外设接口，它和 SD 卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准。在 SDIO 卡只需要 SPI 和 1 位 SD 传输模式。低速卡的目标应用是以最小的硬件开销支持低速 IO 能力。常见的 sdio 设备有 Wi-Fi card、Bluetooth card 等等。

目前 MMC 设备的可运行的电压有三种：3V、1.8V、1.2V。工作时钟频率范围为 0～200 MHz。

本文主要介绍 U-Boot 下的 MMC 设备驱动。

DTS 配置说明

U-Boot 下的 MMC 设备驱动支持设备树，驱动的硬件配置需要在对应的 dtsi & dts 内配置。

dtsi 的配置及说明：

emmc: dwmmc@ff390000 {
	compatible = "rockchip,px30-dw-mshc", "rockchip,rk3288-dw-mshc";
	reg = <0x0 0xff390000 0x0 0x4000>;                      //控制器寄存器base address及长度
	max-frequency = <150000000>;                            //eMMC普通模式时钟为50MHz,当配置为eMMC
                                                              HS200模式，该max-frequency生效
	clocks = <&cru HCLK_EMMC>, <&cru SCLK_EMMC>,
		 <&cru SCLK_EMMC_DRV>, <&cru SCLK_EMMC_SAMPLE>;     //控制器对应时钟编号
	clock-names = "biu", "ciu", "ciu-drv", "ciu-sample";    //控制器时钟名
	fifo-depth = <0x100>;                                   //fifo深度，默认配置
	interrupts = <GIC_SPI 53 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;          //中断配置
	status = "disabled";
};

板级 dts 配置及说明：

&emmc {
	u-boot,dm-pre-reloc;                    //表示这个设备在relocate之前就需要使用
	bus-width = <8>;                        //设备总线位宽
	cap-mmc-highspeed;                      //标识此卡槽支持highspeed mmc
	mmc-hs200-1_8v;                         //支持HS200
	supports-emmc;                          //标识此插槽为eMMC功能，必须添加，否则无法初始化外设。
	disable-wp;                             //对于无物理WP管脚，需要配置
	non-removable;                          //此项表示该插槽为不可移动设备。 此项为必须添加项。
	num-slots = <1>;                        //标识为第几插槽
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&emmc_clk &emmc_cmd &emmc_bus8>;
	status = "okay";
};

MMC 初始化

MMC 初始化主要分为两个部分：1，MMC 控制器初始化；2，MMC 设备初始化。

MMC 控制器初始化

Rockchip 在uboot/arch/arm/mach-rockchip/board.c调用 mmc_initialize(gd->bd)。 mmc_initialize(gd->bd)，为硬件驱动 probe 过程，函数位于uboot/drivers/mmc/mmc.c。代码如下：

int mmc_initialize(bd_t *bis)
{
	static int initialized = 0;
	int ret;
	if (initialized)	/* Avoid initializing mmc multiple times */
		return 0;
	initialized = 1;

#if !CONFIG_IS_ENABLED(BLK)
#if !CONFIG_IS_ENABLED(MMC_TINY)
	mmc_list_init();
#endif
#endif
	ret = mmc_probe(bis);
	if (ret)
		return ret;

#ifndef CONFIG_SPL_BUILD
	print_mmc_devices(',');
#endif

	mmc_do_preinit();
	return 0;
}

mmc_probe(bis)主要做了：

MMC 控制器的初始化及获取 MMC 设备配置
时钟初始化
GPIO 初始化

MMC 控制器公用代码位于uboot/drivers/mmc/dw_mmc.c，平台代码位于uboot/drivers/mmc/rockchip_dw_mmc.c。

时钟框架代码位于uboot/drivers/clk/rockchip/clk_xxx.c，每个平台有自己的时钟框架，对应不同文件。

目前 Rockchip 平台只做了 MMC 控制器的初始化及时钟初始化，GPIO 使用 pre-loader 的配置。

defconfig 内会有 CONFIG_OF_SPL_REMOVE_PROPS 的配置，为移除 DTS 内的某些配置。当驱动 probe 时，移除的配置就不会初始化。示例如下：

CONFIG_OF_SPL_REMOVE_PROPS="pinctrl-0 pinctrl-names interrupt-parent assigned-clocks assigned-clock-rates assigned-clock-parents"

mmc_do_preinit()主要做了 static struct mmc mmc_static 初始化，注册 MMC 设备。

MMC 设备初始化

MMC 控制器初始化，调用 mmc_init 对 MMC 卡做初始化，运行到相应的模式。函数位于uboot/drivers/mmc/mmc.c。

int mmc_init(struct mmc *mmc)
{
	int err = 0;
	__maybe_unused unsigned start;
#if CONFIG_IS_ENABLED(DM_MMC)
	struct mmc_uclass_priv *upriv = dev_get_uclass_priv(mmc->dev);

	upriv->mmc = mmc;
#endif
	if (mmc->has_init)
		return 0;

	start = get_timer(0);

	if (!mmc->init_in_progress)
		err = mmc_start_init(mmc);

	if (!err)
		err = mmc_complete_init(mmc);
	if (err)
		printf("%s: %d, time %lu\n", __func__, err, get_timer(start));

	return err;
}

mmc_start_init：MMC 有多种类型，该函数为查询是哪个类型的 MMC 设备。

mmc_complete_init：初始化设备，获取设备信息。

MMC 设备读写调用

mmc 挂载在 block 下，框架如下：

block设备框图

U-Boot 下读写擦除调用：

struct blk_desc *dev_desc;
dev_desc = rockchip_get_bootdev();
unsigned long blk_dwrite(struct blk_desc *block_dev, lbaint_t start,lbaint_t blkcnt, const void *buffer);
unsigned long blk_dread(struct blk_desc *block_dev, lbaint_t start,lbaint_t blkcnt, void *buffer);
unsigned long blk_derase(struct blk_desc *block_dev, lbaint_t start,lbaint_t blkcnt);

常见问题排查

U-Boot 下如何配置使用 MMC 设备

请先按照 DTS 配置说明进行配置
MMC HS200 模式，注意 CONFIG_OF_SPL_REMOVE_PROPS 的配置，需要 remove clock-names。高速模式、SDR52，DDR52 无需 remove clock-names。

初始化 MMC 设备失败

先查看 MMC device 端的电压是否正常，控制器的 logic 电压是否在 1.0V 以上
查看寄存器配置是否正确
查看时钟配置是否正确，可以在 clock 模块内打印出相应的时钟配置

初始化成功，但读取固件失败

先查看 MMC device 端的电压是否正常，控制器的 logic 电压是否在 1.0 以上。
查看时钟配置是否正确，可以在 clock 模块内打印出相应的时钟配置
MMC HS200 模式，查看 max-frequency 是否过高。
硬件是否虚焊

当 U-Boot 作为 pre-loader 或 usbplug 使用时，emmc 初始化失败，命令停留在 CMD8

Rockchip 平台 SDRAM 的前 1MB 位置为安全区域，加载起来的 pre-loader 或 usbplug 在此区域运行，而 emmc 为非安全的 IP，是无法访问该区域，需要配置允许 emmc 读数据到该区域，才能初始化成功。

MMC 设备简介​

DTS 配置说明​

MMC 初始化​

MMC 控制器初始化​

MMC 设备初始化​

MMC 设备读写调用​

常见问题排查​