Linux-uboot-学习笔记（9）：uboot硬件驱动

一、uboot与linux驱动

1、驱动是什么？

驱动的狭义概念：操作系统中用来具体操控硬件的那部分代码。裸机程序中是直接操控硬件的，而操作系统中必须通过驱动来操控硬件。
裸机程序和驱动这两者同样都是控制硬件的，它们之间有什么区别呢？
答：驱动有分层结构。

操作系统（指的是linux）下MMU肯定是开启的，也就是说linux驱动中肯定都使用的是虚拟地址。而纯裸机程序中根本不会开MMU，全部使用的是物理地址。这是裸机下和驱动中操控硬件的一个重要区别。
因此在linux中使用驱动时，就要考虑虚拟地址这个问题，即要弄清楚虚拟地址映射表。

2、uboot和驱动的关系

linux驱动本身做了模块化设计。linux驱动本身和linux内核不是强耦合的，这是linux驱动可以被uboot借用（移植）的关键。
uboot移植了linux驱动源代码。uboot是从源代码级别去移植linux驱动的，这就是linux系统的开源性。
uboot中的硬件驱动比linux简单。linux驱动本身有更复杂的框架，需要实现更多的附带功能，而uboot本质上只是个裸机程序，uboot移植linux驱动时只是借用了linux驱动的一部分而已。

二、简单分析uboot驱动

我们知道，在uboot中有一部分是对SD卡/iNand进行读写操作，这其中离不开驱动设置。我们简单分析一下uboot中的控制MMC驱动，从而对驱动有个简单的理解。

mmc_initialize

若想控制mmc，首先要mmc进行初始化，该部分代码位于uboot/drivers/mmc/mmc.c。

MMC初始化应包含：SoC里的MMC控制器初始化（MMC系统时钟的初始化、SFR初始化）、SoC里MMC相关的GPIO的初始化、SD卡/iNand芯片的初始化。

cpu_mmc_init

s3c_hsmmc_initialize

定义并且实例化一个struct mmc类型的对象（定义了一个指针，并且给指针指向有意义的内存，或者说给指针分配内存），然后填充它的各种成员，最后调用mmc_register函数来向驱动框架注册这个mmc设备驱动。
驱动的设计中有一个关键数据结构。譬如MMC驱动的结构体就是struct mmc这些结构体中包含一些变量和一些函数指针，变量用来记录驱动相关的一些属性，函数指针用来记录驱动相关的操作方法。这些变量和函数指针加起来就构成了驱动。驱动就被抽象为这个结构体。

mmc_register功能是进行mmc设备的注册，注册方法其实就是将当前这个struct mmc使用链表连接到mmc_devices这个全局变量中去。
我们在X210中定义了USE_MMC0和USE_MMC2，因此在我们的uboot初始化时会调用2次s3c_hsmmc_initialize函数，传递参数分别是0和2，因此完成之后系统中会注册上2个mmc设备，表示当前系统中有2个mmc通道在工作。

find_mmc_device

这个函数其实就是通过mmc设备编号来在系统中查找对应的mmc设备（struct mmc的对象，根据上面分析系统中有2个，编号分别是0和2）。
函数工作原理就是通过遍历mmc_devices链表，去依次寻找系统中注册的mmc设备，然后对比其设备编号和我们当前要查找的设备编号，如果相同则就找到了要找的设备。找到了后调用mmc_init函数来初始化它。通过分析可以看出，mmc_init函数内部就是依次通过向mmc卡发送命令码（CMD0、CMD2那些）来初始化SD卡/iNand内部的控制器，以达到初始化SD卡的目的。

总结，整体函数调用关系如下：

mmc_initialize(（MMC控制器初始化）
	cpu_mmc_init（SoC部分MMC控制器初始化）
		setup_hsmmc_clock（设置时钟）
		setup_hsmmc_cfg_gpio（配置GPIO）
		smdk_s3c_hsmmc_init
			s3c_hsmmc_initialize（构建mmc结构体）
	find_mmc_device（寻找注册的MMC设备）
	mmc_init（SD卡部分初始化）
		mmc_go_idle
			mmc_send_cmd（发送控制命令）
		mmc_send_if_cond
			mmc_send_cmd
	······

整个MMC系统初始化分为2大部分：SoC这一端的MMC控制器的初始化，SD卡这一端卡本身的初始化。前一步主要是在cpu_mmc_init函数中完成，后一部分主要是在mmc_init函数中完成。
整个初始化完成后去使用sd卡/iNand时，操作方法和mmc_init函数中初始化SD卡的操作一样的方式。读写sd卡时也是通过总线向SD卡发送命令、读取/写入数据来完成的。
struct mmc结构体是关键。两部分初始化之间用mmc结构体来链接的，初始化完了后对mmc卡的常规读写操作也是通过mmc结构体来链接的。

三、驱动设计思想

1、分离思想

一个驱动工作时主要就分几部分：驱动构建（构建一个struct mmc然后填充它）、驱动运行时（调用这些函数指针指针的函数和变量）。

分离思想就是说在驱动中将操作方法和数据分开。操作方法就是函数，数据就是变量。所谓操作方法和数据分离的意思就是：在不同的地方来存储和管理驱动的操作方法和变量，这样的优势就是驱动便于移植。

2、分层思想

分层思想是指一个整个的驱动分为好多个层次。简单理解就是驱动分为很多个源文件，放在很多个文件夹中。譬如本课程讲的mmc的驱动涉及到drivers/mmc下面的2个文件和cpu/s5pc11x下的好几个文件。

以mmc驱动为例来分析各个文件的作用：
uboot/drivers/mmc/mmc.c：本文件的主要内容是和MMC卡操作有关的方法，譬如MMC卡设置空闲状态的、卡读写数据等。但是本文件中并没有具体的硬件操作函数，操作最终指向的是struct mmc结构体中的函数指针，这些函数指针是在驱动构建的时候和真正硬件操作的函数挂接的（真正的硬件操作的函数在别的文件中）。
uboot/drivers/mmc/s3c_hsmmc.c:本文件中是SoC内部MMC控制器的硬件操作的方法，譬如向SD卡发送命令的函数（s3c_hsmmc_send_command），譬如和SD卡读写数据的函数（s3c_hsmmc_set_ios），这些函数就是具体操作硬件的函数，也就是mmc.c中需要的那些硬件操作函数。这些函数在mmc驱动初始化构建时（s3c_hsmmc_initialize函数中）和struct mmc挂接起来备用。

3、分析

mmc.c和s3c_hsmmc.c构成了一个分层，mmc.c中调用了s3c_hsmmc.中的函数，所以mmc.c在上层，s3c_hsmmc.c在下层。这两个分层后我们发现mmc.c中不涉及具体硬件的操作，s3c_hsmmc.c中不涉及驱动工程时的时序操作。因此移植的时候就有好处：譬如我们要把这一套mmc驱动移植到别的SoC上mmc.c就不用动，s3c_hsmmc.c动就可以了；譬如SoC没变但是SD卡升级了，这时候只需要更换mmc.c，不需要更换s3c_hsmmc.即可。

cpu/s5pc11x/下面还有一个setup_hsmmc.c，也和MMC驱动有关。但是这些代码为什么不能放到drivers目录下去，而要放到cpu目录下去？因为这里面的2个函数（setup_hsmmc_clock和setup_hsmmc_cfg_gpio）都是和SoC有关的初始化函数，这两个函数不能放到drivers目录下去。