Linux 下wifi 驱动开发（三）—— SDIO接口WiFi驱动浅析
SDIO-Wifi模块是基于SDIO接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈。可以实现用户主平台数据通过SDIO口到无线网络之间的转换。SDIO具有数据传输快，兼容SD、MMC接口等特点。
对于SDIO接口的wifi，首先，它是一个sdio的卡的设备。然后具备了wifi的功能。所以。注冊的时候还是先以sdio的卡的设备去注冊的。
然后检測到卡之后就要驱动他的wifi功能了。显然，他是用sdio的协议，通过发命令和数据来控制的。以下先简单回想一下SDIO的相关知识：
一、SDIO相关基础知识解析
1、SDIO接口
SDIO 故名思义，就是 SD 的 I/O 接口（interface）的意思，只是这样解释可能还有点抽像。更详细的说明。SD 本来是记忆卡的标准，可是如今也能够把 SD 拿来插上一些外围接口使用，这种技术便是 SDIO。
所以 SDIO 本身是一种相当单纯的技术。透过 SD 的 I/O 接脚来连接外部外围。并且透过 SD 上的 I/O 数据接位与这些外围数据传输，并且 SD 协会会员也推出非常完整的 SDIO stack 驱动程序，使得 SDIO 外围（我们称为SDIO 卡）的开发与应用变得相当热门。
如今已经有很多的手机或是手持装置都支持 SDIO 的功能（SD 标准原本就是针对 mobile device 而制定）。并且很多 SDIO 外围也都被开发出来。让手机外接外围更加easy，并且开发上更有弹性（不须要内建外围）。
眼下常见的 SDIO 外围（SDIO 卡）有：
· Wi-Fi card（无线网络卡）
· CMOS sensor card（照相模块）
· GPS card
· GSM/GPRS modem card
· Bluetooth card
SDIO 的应用将是未来嵌入式系统最重要的接口技术之中的一个。而且也会代替眼下 GPIO 式的 SPI 接口。
2、SDIO总线
SDIO总线 和 USB总线 类似，SDIO也有两端。当中一端是HOST端，还有一端是device端。全部的通信都是由HOST端 发送 命令 開始的。Device端仅仅要能解析命令，就能够相互通信。
CLK信号:HOST给DEVICE的 时钟信号，每一个时钟周期传输一个命令。
CMD信号：双向 的信号。用于传送 命令 和 反应。
DAT0-DAT3 信号:四条用于传送的数据线。
VDD信号:电源信号。
VSS1，VSS2:电源地信号。
3、SDIO热插拔原理
方法：设置一个 定时器检查 或 插拔中断检測
硬件：假如GPG10（EINT18）用于SD卡检測
GPG10 为高电平 即没有插入SD卡
GPG10为低电平 即插入了SD卡
4、SDIO命令
SDIO总线上都是HOST端发起请求。然后DEVICE端回应请求。
sdio命令由6个字节组成。
a -- Command:用于開始传输的命令，是由HOST端发往DEVICE端的。当中命令是通过CMD信号线传送的。
b -- Response:回应是DEVICE返回的HOST的命令，作为Command的回应。
也是通过CMD线传送的。
c -- Data:数据是双向的传送的。能够设置为1线模式，也能够设置为4线模式。数据是通过DAT0-DAT3信号线传输的。
SDIO的每次操作都是由HOST在CMD线上发起一个CMD。对于有的CMD，DEVICE须要返回Response，有的则不须要。
对于读命令，首先HOST会向DEVICE发送命令，紧接着DEVICE会返回一个握手信号，此时，当HOST收到回应的握手信号后，会将数据放在4位的数据线上。在传送数据的同一时候会尾随着CRC校验码。
当整个读传送完成后，HOST会再次发送一个命令，通知DEVICE操作完成，DEVICE同一时候会返回一个响应。
对于写命令，首先HOST会向DEVICE发送命令，紧接着DEVICE会返回一个握手信号，此时。当HOST收到回应的握手信号后，会将数据放在4位的数据线上，在传送数据的同一时候会尾随着CRC校验码。当整个写传送完成后，HOST会再次发送一个命令。通知DEVICE操作完成，DEVICE同一时候会返回一个响应。
二、SDIO接口驱动
前面讲到，SDIO接口的wifi，首先。它是一个sdio的卡的设备。然后具备了wifi的功能，所以SDIO接口的WiFi驱动就是在wifi驱动外面套上了一个SDIO驱动的外壳，SDIO驱动仍然符合设备驱动的分层与分离思想：
设备驱动层（wifi 设备）
|
核心层（向上向下提供接口）
|
主机驱动层 （实现SDIO驱动）
以下先分析SDIO接口驱动的实现。看几个重要的数据结构（用于核心层与主机驱动层 的数据交换处理）。
[ /include/linux/mmc/host.h ]
struct mmc_host 用来描写叙述卡控制器
struct mmc_card 用来描写叙述卡
struct mmc_driver 用来描写叙述 mmc 卡驱动
struct sdio_func 用来描写叙述 功能设备
struct mmc_host_ops 用来描写叙述卡控制器操作接口函数功能，用于从 主机控制器层向 core 层注冊操作函数，从而将core 层与详细的主机控制器隔离。也就是说 core 要操作主机控制器。就用这个 ops 其中给的函数指针操作，不能直接调用详细主控制器的函数。
HOST层驱动分析在 前面的系列文章中 Linux SD卡驱动开发(二) —— SD 卡驱动分析HOST篇 有具体阐述。以下仅仅简单回想一下一些重要函数处理
1、编写Host层驱动
这里參考的是S3C24XX的HOST驱动程序 /drivers/mmc/host/s3cmci.c
static struct platform_driver s3cmci_driver = {
.driver = {
.name = "s3c-sdi", //名称和平台设备定义中的相应
.owner = THIS_MODULE,
.pm = s3cmci_pm_ops,
},
.id_table = s3cmci_driver_ids,
.probe = s3cmci_probe, //平台设备探測接口函数
.remove = __devexit_p(s3cmci_remove),
.shutdown = s3cmci_shutdown,
};
s3cmci_probe(struct platform_device *pdev)
{
//....
struct mmc_host *mmc;
mmc = mmc_alloc_host(sizeof(struct s3cmci_host), &pdev->dev); //分配mmc_host结构体
//.....
}
/*注冊中断处理函数s3cmci_irq,来处理数据收发过程引起的各种中断*/
request_irq(host->irq, s3cmci_irq, 0, DRIVER_NAME, host) //注冊中断处理函数s3cmci_irq
/*注冊中断处理s3cmci_irq_cd函数,来处理热拨插引起的中断。中断触发的形式为上升沿、下降沿触发*/
request_irq(host->irq_cd, s3cmci_irq_cd,IRQF_TRIGGER_RISING |IRQF_TRIGGER_FALLING, DRIVER_NAME, host)
mmc_add_host(mmc); //initialise host hardware //向MMC core注冊host驱动
----> device_add(&host->class_dev); //加入设备到mmc_bus_type总线上的设备链表中
----> mmc_start_host(host); //启动mmc host
/*MMC drivers should call this when they detect a card has been inserted or removed.检測sd卡是否插上或移除*/
---->mmc_detect_change(host, 0);
/*Schedule delayed work in the MMC work queue.调度延时工作队列*/
mmc_schedule_delayed_work(&host->detect, delay);
搜索host->detected得到下面信息：
[/drivers/mmc/core/host.c]
NIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan);
mmc_rescan(struct work_struct *work)
---->mmc_bus_put(host);//card 从bus上移除时，释放它占有的总线空间
/*推断当前mmc host控制器是否被占用,当前mmc控制器假设被占用,那么 host->claimed = 1;否则为0
*假设为1,那么会在while(1)循环中调用schedule切换出自己,当占用mmc控制器的操作完毕之后,运行 *mmc_release_host()的时候,会激活登记到等待队列&host->wq中的其它 程序获得mmc主控制器的使用权
*/
mmc_claim_host(host);
mmc_rescan_try_freq(host, max(freqs[i], host->f_min)；
static int mmc_rescan_try_freq(struct mmc_host *host, unsigned freq)
{
…
/* Order's important: probe SDIO, then SD, then MMC */
if (!mmc_attach_sdio(host))
return 0;
if (!mmc_attach_sd(host))
return 0;
if (!mmc_attach_mmc(host))
return 0;
….
}
mmc_attach_sdio(struct mmc_host *host) //匹配sdio接口卡
--->mmc_attach_bus(host, &mmc_sdio_ops);
/*当card与总线上的驱动匹配，就初始化card*/
mmc_sdio_init_card(host, host->ocr, NULL, 0);
--->card = mmc_alloc_card(host, NULL);//分配一个card结构体
mmc_set_bus_mode(host, MMC_BUSMODE_PUSHPULL); //设置mmc_bus的工作模式
struct sdio_func *sdio_func[SDIO_MAX_FUNCS]; //SDIO functions (devices)
sdio_init_func(host->card, i + 1);
--->func = sdio_alloc_func(card); //分配struct sdio_fun（sdio功能设备）结构体
mmc_io_rw_direct（）;
card->sdio_func[fn - 1] = func;
mmc_add_card(host->card); //将详细的sdio设备挂载到mmc_bus_types 总线
sdio_add_func(host->card->sdio_func[i]); //将sdio功能设备挂载到sdio_bus_types总线
这里一系列函数调用在前面的SD驱动蚊帐中已经阐述过了，不再具体阐述
2、SDIO设备的热插拔
当插拔SDIO设备，会触发中断通知到CPU，然后运行卡检測中断处理函数在这个中断服务函数中。mmc_detect_change->mmc_schedule_delayed_work(&host->detect,delay), INIT_DELAYED_WORK(&host->detect, mmc_rescan)会调度mmc_rescan函数延时调度工作队列，这样也会触发SDIO设备的初始化流程，检測到有效的SDIO设备后，会将它注冊到系统中去。
static irqreturn_t s3cmci_irq_cd(int irq, void *dev_id)
{
struct s3cmci_host *host = (struct s3cmci_host *)dev_id;
........
mmc_detect_change(host->mmc, msecs_to_jiffies(500));
return IRQ_HANDLED;
}
三、wifi 驱动部分解析
wifi驱动的通用的软件架构
1. 分为两部分，上面为主机端驱动。以下是我们之前所说的firmware
2. 当中固件部分的主要工作是：由于天线接受和发送回来的都是802.11帧的帧，而主机接受和传送出来的数据都必须是802.3的帧，所以必须由firmware来负责802.3的帧和802.11帧之间的转换
3. 当天线收到数据。并被firmware处理好后会放在一个buffer里。并产生一个中断。主机在收到中断后就去读这个buffer。
SDIO设备的驱动由sdio_driver结构体定义，sdio_driver事实上是driver的封装。通过sdio_register_driver函数将SDIO设备驱动载入进内核，事实上就是挂载到sdio_bus_type总线上去。
1、设备驱动的注冊与匹配
[Drivers/net/wireless/libertas/if_sdio.c]
/* SDIO function device driver*/
struct sdio_driver {
char *name; //设备名
const struct sdio_device_id *id_table; //设备驱动ID
int (*probe)(struct sdio_func *, const struct sdio_device_id *);//匹配函数
void (*remove)(struct sdio_func *);
struct device_driver drv;
};
以下是详细函数的填充：
/*if_sdio.c*/
static struct sdio_driver if_sdio_driver = {
.name = "libertas_sdio",
.id_table = if_sdio_ids, //用于设备与驱动的匹配
.probe = if_sdio_probe,
.remove = if_sdio_remove,
.drv = {
.pm = &if_sdio_pm_ops,
}
};
设备注冊函数
/**
* sdio_register_driver - register a function driver
* @drv: SDIO function driver
*/
int sdio_register_driver(struct sdio_driver *drv)
{
drv->drv.name = drv->name;
drv->drv.bus = &sdio_bus_type; //设置driver的bus为sdio_bus_type
return driver_register(&drv->drv);
}
总线函数
static struct bus_type sdio_bus_type = {
.name = "sdio",
.dev_attrs = sdio_dev_attrs,
.match = sdio_bus_match,
.uevent = sdio_bus_uevent,
.probe = sdio_bus_probe,
.remove = sdio_bus_remove,
.pm = SDIO_PM_OPS_PTR,
};
注意：设备或者驱动注冊到系统中的过程中，都会调用对应bus上的匹配函数来进行匹配合适的驱动或者设备。对于sdio设备的匹配是由sdio_bus_match和sdio_bus_probe函数来完毕。
static int sdio_bus_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)
{
struct sdio_func *func = dev_to_sdio_func(dev);
struct sdio_driver *sdrv = to_sdio_driver(drv);
if (sdio_match_device(func, sdrv))
return 1;
return 0;
}
static const struct sdio_device_id *sdio_match_device(struct sdio_func *func,
struct sdio_driver *sdrv)
{
const struct sdio_device_id *ids;
ids = sdrv->id_table;
if (sdio_match_one(func, ids))
return ids;
}
由以上匹配过程来看，通过匹配id_table 和 sdio_driver设备驱动中id。来匹配合适的驱动或设备。终于会调用.probe函数。来完毕相关操作。
2、If_sdio_probe函数
当检測到sdio卡插入了之后就会调用If_sdio_probe。而当卡被移除后就会调用If_sdio_remove。
以下先看下If_sdio_probet函数，if_sdio_prob 函数 主要做了两件事
static struct sdio_driver if_sdio_driver = {
.name = "libertas_sdio",
.id_table = if_sdio_ids, //用于设备和驱动的匹配
.probe = if_sdio_probe,
.remove = if_sdio_remove,
.drv = {
.pm = &if_sdio_pm_ops,
},
};
1 //定义一个 if_sdio card的结构体
struct if_sdio_card *card;
struct if_sdio_packet *packet; //sdio 包的结构体
struct mmc_host *host = func->card->host;
// 查询是否有指定的功能寄存器在mmc
//_sdio_card中
for (i = 0;i < func->card->num_info;i++) {
if (sscanf(func->card->info[i],
"802.11 SDIO ID: %x", &model) == 1)
//在这里进行片选 选择到我们使用的marvell 8686 的设备
case MODEL_8686:
card->scratch_reg = IF_SDIO_SCRATCH;
//创建sdio 的工作队列
card->workqueue = create_workqueue("libertas_sdio");
//调用以下的函数
INIT_WORK(&card->packet_worker, if_sdio_host_to_card_worker);
//主机到卡的工作队列
static void if_sdio_host_to_card_worker(struct work_struct *work)
/* Check if we support this card 选择我们所支持的卡的类型*/
//赋值为sd8686_helper.bin sd8686.bin
/*fw_table 中的 MODEL_8686, "sd8686_helper.bin", "sd8686.bin" },?/
for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(fw_table); i++) {
if (card->model == fw_table[i].model)
break;
}
{ MODEL_8688, "libertas/sd8688_helper.bin", "libertas/sd8688.bin" },
//申请一个host
sdio_claim_host(func);
//使能sdio 的功能 寄存器
ret = sdio_enable_func(func);
if (ret)
goto release;
2//申请 sdio 的中断 当有数据 ,命令 或者是事件 的时间运行中断
ret = sdio_claim_irq(func, if_sdio_interrupt);
ret = if_sdio_card_to_host(card); //从无线网卡接收到数据 或者说是上报数据
ret = if_sdio_handle_data(card, card->buffer + 4, chunk - 4); //接收数据的处理
ret = if_sdio_handle_cmd(card, card->buffer + 4, chunk - 4); //处理申请的命令中断
ret = if_sdio_handle_event(card, card->buffer + 4, chunk - 4);//处理申请的事件中断
//加入网络结构体 分配设备并注冊
priv = lbs_add_card(card, &func->dev);
//分配Ethernet设备并注冊
wdev = lbs_cfg_alloc(dmdev);
//802无线网的详细的操作函数
wdev->wiphy = wiphy_new(&lbs_cfg80211_ops, sizeof(struct lbs_private));
//分配网络设备是整个网络部分操作的
//的核心结构体
dev = alloc_netdev(0, "wlan%d", ether_setup); //实例化wlan0的属性
dev->ieee80211_ptr = wdev;
dev->ml_priv = priv;
//设置设备的物理地址
SET_NETDEV_DEV(dev, dmdev);
wdev->netdev = dev;
priv->dev = dev;
//初始化网络设备 ops. 看门狗
dev->netdev_ops = &lbs_netdev_ops; //网络设备的详细的操作函数
dev->watchdog_timeo = 5 * HZ;
dev->ethtool_ops = &lbs_ethtool_ops;
dev->flags |= IFF_BROADCAST | IFF_MULTICAST; //广播或者多播
//启动一个内核线程来管理这个网络设备的数据发送,事件的处理(卡的拔出)和一些命令的处理
priv->main_thread = kthread_run(lbs_thread, dev, "lbs_main");
//初始化相关的工作队列
priv->work_thread = create_singlethread_workqueue("lbs_worker");
INIT_WORK(&priv->mcast_work, lbs_set_mcast_worker);
priv->wol_criteria = EHS_REMOVE_WAKEUP;
priv->wol_gpio = 0xff;
priv->wol_gap = 20;
priv->ehs_remove_supported = true;
//设置私有变量
//设置主机发送数据到卡
priv->hw_host_to_card = if_sdio_host_to_card;
priv->enter_deep_sleep = if_sdio_enter_deep_sleep;
priv->exit_deep_sleep = if_sdio_exit_deep_sleep;
priv->reset_deep_sleep_wakeup = if_sdio_reset_deep_sleep_wakeup;
sdio_claim_host(func);
//启动卡设备
ret = lbs_start_card(priv);
if (lbs_cfg_register(priv))
ret = register_netdev(priv->dev);
err = register_netdevice(dev);
//详细的wifi设备驱动功能
//网络设备操作的详细函数
static const struct net_device_ops lbs_netdev_ops = {
.ndo_open = lbs_dev_open, //打开
.ndo_stop = lbs_eth_stop, //停止
.ndo_start_xmit = lbs_hard_start_xmit, //開始发送数据
.ndo_set_mac_address = lbs_set_mac_address, //设置mac地址
.ndo_tx_timeout = lbs_tx_timeout, //发送超时
.ndo_set_multicast_list = lbs_set_multicast_list, //多播地址
.ndo_change_mtu = eth_change_mtu, //最大传输单元
.ndo_validate_addr = eth_validate_addr, //推断地址的有效性 3、数据的接收,通过中断的方式来解决
网络设备接收数据的主要方法是由中断引发设备的中断处理函数，中断处理函数推断中断的类型，假设为接收中断。则读取接收到的数据。分配sk_buff数据结构和数据缓冲区。并将接收的数据拷贝到数据缓存区。并调用netif_rx()函数将sk_buff传递给上层协议。
搜索if_sdio_interrupt，可知道它是在if_sdio.c文件里if_sdio_probe()函数中sdio_claim_irq(func, if_sdio_interrupt) ，func->irq_handler = if_sdio_interrupt。当s3cmci_irq中断处理函数的S3C2410_SDIIMSK_SDIOIRQ 中断被触发时将调用if_sdio_interrupt()函数，进行接收数据。
static void if_sdio_interrupt(struct sdio_func *func)
ret = if_sdio_card_to_host(card); //从无线网卡接收到数据 或者说是上报数据
//读取端口上的数据 ,放到card的buffer中
ret = sdio_readsb(card->func, card->buffer, card->ioport, chunk);
1.在这里一方面处理中断 还有2
switch (type) { //处理cmd data event的请求
case MVMS_CMD:
ret = if_sdio_handle_cmd(card, card->buffer + 4, chunk - 4); //处理申请的命令中断
if (ret)
goto out;
break;
case MVMS_DAT:
ret = if_sdio_handle_data(card, card->buffer + 4, chunk - 4);//处理申请的数据中断
if (ret)
goto out;
break;
case MVMS_EVENT:
ret = if_sdio_handle_event(card, card->buffer + 4, chunk - 4);//处理申请的事件中断
//读取包的过程
lbs_process_rxed_packet(card->priv, skb);
//假设是中断 ,就把skb这个包提交给协议层,这个函数是
//协议层提供的 netif_rx(skb)
if (in_interrupt())
netif_rx(skb); //提交给协议层
2//读取端口上的数据 ,放到card的buffer中
ret = sdio_readsb(card->func, card->buffer, card->ioport, chunk);
//读取地址,目的地址,数量 等
int sdio_readsb(struct sdio_func *func, void *dst, unsigned int addr, int count)
return sdio_io_rw_ext_helper(func, 0, addr, 0, dst, count);
ret = mmc_io_rw_extended(func->card, write,func->num, addr, incr_addr, buf,blocks, func->cur_blksize);
cmd.arg = write ? 0x80000000 : 0x00000000;
//wait for request
mmc_wait_for_req(card->host, &mrq);
開始应答
mmc_start_request(host, mrq);
wait_for_completion(&complete);
host->ops->request(host, mrq);
4、数据发送
//IP层通过dev_queue_xmit()将数据交给网络设备协议接口层,网络接口层通过netdevice中的注冊函数的数据发送函数
int dev_queue_xmit(struct sk_buff *skb)
if (!netif_tx_queue_stopped(txq)) {
__this_cpu_inc(xmit_recursion);
//设备硬件開始发送
rc = dev_hard_start_xmit(skb, dev, txq);
//调用wifi网络中的ops
rc = ops->ndo_start_xmit(skb, dev);
dev->netdev_ops = &lbs_netdev_ops; //设备的操作函数
//处理sdio firware数据和内核的数据main_thread 主线程
priv->main_thread = kthread_run(lbs_thread, dev, "lbs_main");
//调用host_to_card 即if_sdio_card_to_host函数。
int ret = priv->hw_host_to_card(priv, MVMS_DAT,priv->tx_pending_buf,priv->tx_pending_len);
为什么是if_sdio_to_host呢 ?由于在prob函数中定义了这一个
//设置主机发送数据到卡
priv->hw_host_to_card = if_sdio_host_to_card;
static int if_sdio_host_to_card(struct lbs_private *priv,u8 type, u8 *buf, u16 nb)
//把buf中的数据 copy到sdio 包中,在对sdio 的包进行处理
memcpy(packet->buffer + 4, buf, nb);
//创建工作队列
queue_work(card->workqueue, &card->packet_worker);
//初始化队列
INIT_WORK(&card->packet_worker, if_sdio_host_to_card_worker);
//sdio的写数据
ret = sdio_writesb(card->func, card->ioport, packet->buffer, packet->nb);
//mmc写扩展口
ret = mmc_io_rw_extended(func->card, write,func->num, addr, incr_addr, buf,blocks, func->cur_blksize);
//wait for request
mmc_wait_for_req(card->host, &mrq);
mrq->done_data = &complete;
mrq->done = mmc_wait_done;
mmc_start_request(host, mrq);
//完毕等待 写数据结束
wait_for_completion(&complete);
host->ops->request(host, mrq);
//究竟结束 发送数据
5、移除函数
当sdio卡拔除时。驱动会调用该函数。完毕对应操作。
如释放占有的资源。禁止func功能函数。释放host。
if_sdio_remove(struct sdio_func *func) ---->lbs_stop_card(card->priv); lbs_remove_card(card->priv); ---->kthread_stop(priv->main_thread); //终止内核线程 lbs_free_adapter(priv); lbs_cfg_free(priv); free_netdev(dev); flush_workqueue(card->workqueue); //刷新工作队列 destroy_workqueue(card->workqueue); sdio_claim_host(func); sdio_release_irq(func); sdio_disable_func(func); sdio_release_host(func);
