MMCSD卡驱动程序设计(通信10123赵翔)

ARM嵌入式系统课程设计-MMC/SD卡驱动程序设计班级：通信1001学号：3100601023姓名： 赵翔指导老师：曹清华 课程设计时间：2013.6.24-2012.6.30江苏大学目 录第一章 引言1.1 课程设计目的1第二章 课程设计平台构建与流程22.1 嵌入式系统开发平台构建22.2 课程设计流程22.3 课程设计硬件结构与工作原理2第三章 Bootloader移植与下载43.1 源代码安装43.2 源代码分析移植与编译43.3 下载4第四章 Linux内核移植与下载64.1 Linux内核源代码安装64.2 Linux内核源代码分析与移植64.3 Linux内核编译与下载6第五章 课程设计功能模块驱动程序设计155.1 MMC/SD卡模块注册初始化：155.2设备文件操作接口定义155.3 MMC接口初始化165.4 GPIO初始化函数165.5 SD移除操作函数175.6读数据块操作185.7 写数据块操作19第六章 根文件系统建立与文件系统下载206.1 根文件系统分析206.2 文件系统映像文件生成216.3 文件系统下载226.4 功能模块运行与调试23第七章 完成课堂上布置的三个思考题26第八章 课程设计总结与体会288.1 课程设计中遇到的问题以及解决方法288.2 总结和体会28 27第一章 引言1.1 课程设计目的1) 了解PXA27X微处理器GPIO的功能2) 了解MMC卡驱动程序的架构及编程方法3) 掌握MMC卡的使用方法1.2 课程设计任务与要求1) 理解基于Linux的嵌入式系统交叉开发环境，对嵌入式系统的开发流程有详细的了解；2) 掌握开发工具链的构建方法，能独立进行系统开发操作；3) 掌握Linux的常用命令，在linux系统下能熟练的使用这些常用命令；4) 熟悉linux内核的知识以及原理，掌握定制Linux内核的方法；5) 基于Linux操作系统，以及XSBase270ARM实验开发平台一套，把MMC存储卡挂载目标板上并进行文件的复制操作。第二章 课程设计平台构建与流程2.1 嵌入式系统开发平台构建1） 装有Linux操作系统的PC机一台；2） XSBase270 ARM实验开发平台一套3） MMC存储卡一块2.2 课程设计流程1)Bootloader移植与下载2)Linux内核移植与下载3) 功能模块程序设计与交叉编译4)根文件系统建立与文件系统下载2.3 课程设计硬件结构与工作原理1)目标板的MMC卡硬件接口目标板的MMC/SD卡的硬件接口如图1.1所示，根据PXA27x的MMC/SD/SDIO控制器的信号功能以及PXA27x的GPIO的功能分配，命令控制线MMCMD与GPIO112相连，此时引脚GPIO112必须配置成转换功能1（Alternate Function 1）的输入或输出方式（具体参考PXA27X开发手册），时钟端MMCLK利用了通用IO口GPIO32转换功能1输出方式，4位总线MMDAT0到MMDAT3分别与GPIO111、GPIO110、GPIO109和GPIO92相连，都时使用了通用IO口的转换功能1的输入或输出方式。图1.2为MMC/SD卡的供电电路图。图1.1 目标板的MMC/SD卡的硬件接口图1.2 MMC/SD卡的供电电路图2) PXA270的MMC/SD/SDIO控制器 PXA270的MMC/SD/SDIO控制器在访问PXA270处理器的软件与MMC存储堆和支持MMC、SD及SDIO通信协议之间充当联结作用。PXA27x的MMC控制器协议规范遵守多媒体卡系统规范V3.2（MultiMediaCard System Specification Version 3.2)；MMC/SD/SDIO控制器采用标准的MMC传输协议或串行通信接口SPI协议模式。访问PXA270的软件使用MMC传输协议或SPI模式作为与MMC控制器通信的协议。目标板的SD驱动程序采用了MMC通信传输协议。3)MMC卡的通信协议主机与MMC卡的所有通信都是由主机发起，主机发出广播和点对点两种类型通信命令，在广播通信命令中，主机发出的命令被所有的卡接受，只有部分命令需要响应；而在点对点通信命令中，命令被发送到具体地址的卡中，并由该卡对所接受的命令做出响应。第三章 Bootloader移植与下载3.1 源代码安装先将D:emdorEELiod_V4_SDK目录下的Linux-2.4复制到虚拟机里root的主文件夹中，然后用如下指令进行解压：利用上述命令解压后，bootloader源代码解压到当前目录中Boot-XSBase270文件夹中。3.2 源代码分析移植与编译在解压的目录里进行make 编译。rootlocalhost BootLoader$ cd Boot-XSBase270rootubuntu:Boot-XSBase270# make clean rootlocalhost Boot-XSBase270$make编译完成后, 在当前目录下会生成bootloader 映象文件boot。3.3 下载 打开实验台电源，启动H-JTAG 和H-Flasher，在H-Flasher 中装载配置文件pxa270.hfc，点击Programming中的Check，Scr File 选择D:emdorEELiod_V4_SDK Linux-2.4images中的boot 文件，点击Program，烧写成功后点击 Verify 校验。第四章 Linux内核移植与下载4.1 Linux内核源代码安装内核解压4.2 Linux内核源代码分析与移植Linux提供三个不同的命令进行Linux的配置，效果完全一样：make config 控制台命令行方式配置命令make menuconfig 文本菜单方式配置命令make xconfig X窗口图形界面方式配置命令其他部分命令：Make mrproper 命令清除所有的旧的配置和旧的编译目标文件等。Make dep 命令搜索Linux编译输出与源代码之间的依赖关系、并生成依赖文件。Make clean 清除以前构造内核时生成的所有目标文件、模块文件和临时文件。Make zImage 编译Linux内核，生成压缩的内核映像文件。4.3 Linux内核编译与下载1）内核解压2）内核配置Linux针对MMC/SD内核配置的步骤：(1) 在主菜单下选择Loadable module support -* Enable Loadable moduLe Support利用模块可将不常用的设备驱动或功能作为模块放在内核外部，必要时动态地调用。操作结束后从内存中删除，这样可以有效地使用内存，同时也可减小了内核的大小。模块可以自行编译并具有独立的功能，即使需要改变模块的功能，也不用对整个内核进行修改。文件系统，设备驱动，二进制格式等很多功能都支持模块。一定要选择*。（按空格键） Set version information on all Symbols for modules利用这个功能能够让内核使用其它内核版本模块或没有包含在此 kernel 的特殊的模块。一般选择N。* Kernel module Loader这个设置使kernel 对模块处于常备状态。在不使用Insmod 或rmmod 命令情况下，kernel 程序自动将需要执行的模块调用到内存中，一定时间内不使用该模块时自动将其从内存删除，一般要选择*。(2) 再回到主菜单下选择General setup 选择“Support for hot-pluggable devices” , 出现“MMC/SD device drivers”：点击“MMC/SD device drivers”，进入下一页选择：用向下的箭头，选择 Load an Alternae Configuration File 选项，输入配置文件名 archarmdefconfigsxsbase270，退出并保存。2）配置完成后，重新编译内核，需要输入以下指令：生成的zImage存放路径为：将zImage拷贝到tftpboot文件夹下：3）内核烧写重新打开一个终端，输入命令：rootubuntu:# minicom然后重启开发板电源，看到 Boot 启动信息后按任意键启动Boot 的 Operation Menu，我们需要用这个boot 内嵌工具下载内核。然后再提示信息 Please enter your selection 后面输入2，获取本地IP 地址：可以看到Operation Menu 菜单上方显示：My ip address is 192.168.0.50，则表示板载Linux 与Ubuntu 服务器连接成功。输入 3，下载内核文件 ZImage(在Ubuntu 的文件系统的/tftpboot/目录中)下载成功后选择4，烧写内核。第五章 课程设计功能模块驱动程序设计5.1 MMC/SD卡模块注册初始化：static int _devinit mmc_pxa_module_init( void ) int ret = -ENODEV;#ifdef CONFIG_ARCH_RAMSESRAMSES_MMC_ON();udelay(1000);#endifhost = mmc_register( MMC_REG_TYPE_HOST, &pxa_mmc_controller_tmpl_rec,sizeof( pxa_mmc_hostdata_rec_t ) );/register the SD device if ( !host ) MMC_DEBUG( MMC_DEBUG_LEVEL0, failed to register with MMC coren );goto error;ret = 0;error:return ret;5.2设备文件操作接口定义static mmc_controller_tmpl_rec_t pxa_mmc_controller_tmpl_rec = owner:THIS_MODULE,name:PXA250,block_size_max:PXA_MMC_BLKSZ_MAX,nob_max:PXA_MMC_NOB_MAX,probe:pxa_mmc_probe,init:pxa_mmc_init,remove:_devexit_p( pxa_mmc_remove ),update_acq:pxa_mmc_update_acq,init_card_stack:pxa_mmc_init_card_stack,check_card_stack:pxa_mmc_check_card_stack,setup_card:pxa_mmc_setup_card,stream_read:pxa_mmc_stream_read,read_block:pxa_mmc_read_block,read_mblock:pxa_mmc_read_mblock,stream_write:pxa_mmc_stream_write,write_block:pxa_mmc_write_block,write_mblock:pxa_mmc_write_mblock;5.3 MMC接口初始化static int pxa_mmc_init( mmc_controller_t ctrlr )int ret = -ENODEV;pxa_mmc_hostdata_t hostdata = (pxa_mmc_hostdata_t)ctrlr-host_data;/* 1. allocate buffer */hostdata-iobuf.iodata = kmalloc( PXA_MMC_IODATA_SIZE, GFP_ATOMIC );/2Kif ( !hostdata-iobuf.iodata ) ret = -ENOMEM;goto error;/* 2. initialize iobuf */hostdata-iobuf.blksz = PXA_MMC_BLKSZ_MAX;/* current block size in bytes 1024* /hostdata-iobuf.bufsz = PXA_MMC_IODATA_SIZE;/* buffer size for each transfer */hostdata-iobuf.nob = PXA_MMC_BLOCKS_PER_BUFFER;/* number of blocks */* 3 request irq */if ( request_irq( IRQ_MMC, pxa_mmc_irq, 0, MMC, ctrlr ) ) MMC_ERROR( failed to request IRQ_MMCn );goto error;/* 4 init GPIO about MMC/SD/SDIO*/ init_gpio( ); CKEN |= CKEN12_MMC; /* enable MMC unit clock */ret = 0;goto out;error:kfree( hostdata-iobuf.iodata );out:return ret; 5.4 GPIO初始化函数static void init_gpio(void) GPCR1 |= 0x1;/clear pin32 GPDR1 = GPDR1 | (10);/config pin32 as output GAFR1_L = (GAFR1_L&0xfffffffc) | (2MMCLK /MMDAT0 PIN92 GPSR2 |= 0x10000000;/pin92 configured as an output, set pin level high (one). GPDR2 |= 0x10000000;/pin92 as output / GPDR2 = GPDR2 & (128) ; GAFR2_U = (GAFR2_U & 0xfcffffff) | (1MMDAT /MMDAT1 PIN109 GPSR3 |= (113); GPDR3 |= (113); GAFR3_L = (GAFR3_L & 0xf3ffffff) | (126) ; /MMDAT2 PIN110 GPSR3 |= (114); GPDR3 |= (114); GAFR3_L = (GAFR3_L & 0xcfffffff) | (128); /MMDAT3 PIN111 GPSR3 |= (115); GPDR3 |= (115); GAFR3_L = (GAFR3_L & 0x3fffffff) | (130); /MMCMD PIN112 GPSR3 |= 0x00010000; GPDR3 |= 0x00010000; /GPDR3 = GPDR3 & (116); GAFR3_U = (GAFR3_U & 0xfffffffc) | (1host_data;kfree( hostdata-iobuf.iodata ); /* 1) free buffer(s) */free_irq( IRQ_MMC, ctrlr ); /* 1) release irq */CKEN &= CKEN12_MMC; /* disable MMC unit clock */5.6读数据块操作static int pxa_mmc_read_block( mmc_controller_t ctrlr, mmc_data_transfer_req_t transfer )int ret = -ENODEV;u16 argh = 0UL, argl = 0UL;/* send CMD16 (SET_BLOCK_LEN) when requested block size is not the default * for the current card */ if ( transfer-blksz != ctrlr-stack.selected-info.read_bl_len ) argh = transfer-blksz 16;argl = transfer-blksz;if ( (ret = pxa_mmc_stop_bus_clock( ctrlr ) ) goto error;MMC_CMD = CMD(16); /* SET_BLOCK_LEN */MMC_ARGH = argh;MMC_ARGL = argl;MMC_CMDAT = MMC_CMDAT_R1;MMC_DEBUG( MMC_DEBUG_LEVEL3, CMD16(0x%04x%04x)n, argh, argl );if ( (ret = pxa_mmc_complete_cmd( ctrlr, MMC_R1, FALSE ) )goto error; /* CMD17 (READ_SINGLE_BLOCK) */argh = transfer-addr 16;argl = transfer-addr;if ( (ret = pxa_mmc_stop_bus_clock( ctrlr ) )goto error;MMC_CMD = CMD(17); /* READ_SINGLE_BLOCK */MMC_ARGH = argh; MMC_ARGL = argl;MMC_CMDAT=MMC_CMDAT_R1|MMC_CMDAT_READ|MMC_CMDAT_BLOCK|MMC_CMDAT_DATA_EN ;MMC_NOB = 1;MMC_BLKLEN = transfer-blksz;MMC_DEBUG( MMC_DEBUG_LEVEL3, CMD17(0x%04x%04x)n, argh, argl );if ( (ret = pxa_mmc_complete_cmd( ctrlr, MMC_R1, FALSE ) )goto error;/* transfer the data to the caller supplied buffer */if ( (ret = pxa_mmc_read_buffer( ctrlr, transfer-blksz ) blksz goto error;if ( (ret = pxa_mmc_copy_from_buffer( ctrlr, transfer-type, transfer-buf, ret ) buf += ret;transfer-cnt -= ret;transfer-nob -= 1;pxa_mmc_set_state( ctrlr, PXA_MMC_FSM_END_IO );if ( (ret = pxa_mmc_complete_io( ctrlr, transfer-cmd, transfer-mode ) )goto error;ret = 0; error:return ret;5.7 写数据块操作static int pxa_mmc_write_block( mmc_controller_t ctrlr, mmc_data_transfer_req_t transfer )int ret = -ENODEV;u16 argh = 0UL, argl = 0UL;/* send CMD16 (SET_BLOCK_LEN) when requested block size is not the default * for the current card */ if ( transfer-blksz != ctrlr-stack.selected-info.read_bl_len ) argh = transfer-blksz 16;argl = transfer-blksz;if ( (ret = pxa_mmc_stop_bus_clock( ctrlr ) ) goto error;MMC_CMD = CMD(16); /* SET_BLOCK_LEN */MMC_ARGH = argh;MMC_ARGL = argl;MMC_CMDAT = MMC_CMDAT_R1 ;MMC_DEBUG( MMC_DEBUG_LEVEL3, CMD16(0x%04x%04x)n, argh, argl );if ( (ret = pxa_mmc_complete_cmd( ctrlr, MMC_R1, FALSE ) )goto error; /* CMD24 (WRITE_SINGLE_BLOCK) */argh = transfer-addr 16;argl = transfer-addr;if ( (ret = pxa_mmc_stop_bus_clock( ctrlr ) )goto error; MMC_CMD = CMD(24); /* WRITE_BLOCK */MMC_ARGH = argh;MMC_ARGL = argl;MMC_CMDAT=MMC_CMDAT_R1|MMC_CMDAT_WRITE|MMC_CMDAT_BLOCK|MMC_CMDAT_DATA_EN;MMC_NOB = 1;MMC_BLKLEN = transfer-blksz; MMC_DEBUG( MMC_DEBUG_LEVEL3, CMD24(0x%04x%04x)n, argh, argl );if ( (ret = pxa_mmc_complete_cmd( ctrlr, MMC_R1, FALSE ) )goto error; /* transfer the data to the caller supplied buffer */if ( (ret = pxa_mmc_copy_to_buffer( ctrlr, transfer-type, transfer-buf, transfer-cnt ) 0 )goto error;if ( (ret = pxa_mmc_write_buffer( ctrlr, ret ) buf += ret;transfer-cnt -= ret;transfer-nob -= 1;pxa_mmc_set_state( ctrlr, PXA_MMC_FSM_END_IO );if ( (ret = pxa_mmc_complete_io( ctrlr, transfer-cmd, transfer-mode ) )goto error;ret = 0; error:return ret;第六章 根文件系统建立与文件系统下载6.1 根文件系统分析1）EXT文件系统Ext2fs是Linux的标准文件系统，它已经取代了扩展文件系统（或 Extfs）。扩展文件系统Extfs支持的文件大小最大为2 GB，支持的最大文件名称大小为255个字符，而且它不支持索引节点（包括数据修改时间标记）。2）NFS文件系统 NFS是一个RPC service ，它是由SUN公司开发，并于1984年推出。NFS文件系统能够使文件实现共享，它的设计是为了在不同的系统之间使用，所以NFS文件系统的通信协议设计与作业系统无关。当使用者想使用远端文件时只要用“mount”命令就可以把远端文件系统挂载在自己的文件系统上，使远端的文件在使用上和本地机器的文件没有区别。NFS的具体配置可参考实验一的网络文件系统nfs的配置。3）JFFS2文件系统 JFFS文件系统是瑞典Axis通信公司开发的一种基于Flash的日志文件系统，它在设计时充分考虑了Flash的读写特性和电池供电的嵌入式系统的特点，在这类系统中必需确保在读取文件时，如果系统突然掉电，其文件的可靠性不受到影响。 对Red Hat的Davie Woodhouse进行改进后,形成了JFFS2。主要改善了存取策略以提高FLASH的抗疲劳性，同时也优化了碎片整理性能,增加了数据压缩功能。需要注意的是,当文件系统已满或接近满时,JFFS2会大大放慢运行速度。这是因为垃圾收集的问题。相对于EXT2fs而言,JFFS2在嵌入式设备中更受欢迎。6.2 文件系统映像文件生成1）文件系统安装与busybox 的编译 将 D:emdorEELiod_V4_SDKLinux-2.4Filesystem 中的内容复制E:share 中，再Ubuntu 中从共享目录中复制到/tmp/中，然后将文件系统压缩包解压：可以建立一个小的应用程序，将其复制到文件系统的某个目录中。2）制作JFFS2 文件映像确认已将将光盘的 filesystem 下的mkfs.jffs2 和mkrootfs.sh 拷贝到buybox 下返回到 busybox 的根目录下，运行命令mkfs.jffs2 # ./mkfs.jffs2 -o rootfs270.img -e 0x40000 -r _install -p -l生成映像文件rootfs270.img，拷贝到/tftpboot中烧写到flash中，启动后运行结果。或者运行# ./mkrootfs.sh 也可生成文件系统的映像文件。 6.3 文件系统下载参照嵌入式系统实验五6.4 功能模块运行与调试可以按照以下步骤对MMC卡的驱动程序进行测试：重新打开一个终端，输入minicom，开发板启动后，将MMC存储卡插入MMC/SD卡插槽中，输入下面的指令：首先在根目录下创建一个名为“sd”的文件夹，然后进入dev文件夹，红框标注的为需要用的文件：再利用mount命令挂载MMC卡，现在就可以看到MMC卡里面的内容了：可以对MMC卡里的内容进行读、写、复制等操作：第七章 完成课堂上布置的三个思考题1）实验过程中用到的软件，它们之间的关系是怎么样的？答：VMware Player软件是用来打开了LINUX系统，实现文件的解压、生成、复制以及对实验板的设置与烧写。H-JTAG软件是检测是否连接到实验板以及所连接的型号并对实验板进行boot文件的烧写与校验。两个软件都是对实验板进行烧写、修改设置等操作，VMware Player更加强大，功能更加全面，但是H-JTAG是不可代替的2）实验过程中用到的主要硬件设备有哪些？答：装有Linux操作系统的PC机一台；XSBase270 ARM实验开发平台一套；MMC存储卡一块3） 软件的界面表明进入哪个环境答：答：首先是Window的桌面，打开VMware Player软件，进入Ubuntu系统。打开终端并输入minicom 命令、重启实验板后进入51Board，开始对SD卡挂载。上图为Linux系统的桌面 上图为Linux系统的调制终端第八章 课程设计总结与体会8.1 课程设计中遇到的问题以及解决方法AXD出现灰屏现象，重启电脑后可以解决。内核配置时输入配置文件名 archarmdefconfigsxsbase270无反应，直接输入xbase270可解决IP获取不成功，重启电脑8.2 总结和体会 这次课程设计做的比较顺利，让我学会了一些硬件和软件的使用，比如VMware PlayerH-JTAG、XSBase270、ARM实验开发平台等，熟悉了Linux的应用开发，了解了一些指令的功能。再熟悉以往的实验内容的基础上有增加了新的挑战，使得我对以往的实验原理及步骤更加了解并且能够融会贯通，虽然在中间出现了一些问题，但是通过与同学的讨论以及对网络的使用，很好的解决了问题。而问题的解决使得我对嵌入式系统的了解更加深入，激起了我对嵌入式开发的兴趣。