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,能够实现用户主平台数

据通过SDIO口到无线网络之间的转换。SDIO具有传输数据快,兼容SD、MMC接口等特点。

目录

SDIO相关基础知识解析

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,注册的时候还是先以sdio的卡的设备去注册的。然后检测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。下面先简单说一下SDIO的相关知识:

SDIO接口

SDIO 故名思义,就是 SD 的 I/O 接口(interface)的意思,不过这样解释可能还有点抽像。更具体的说明,SD 本来是记忆卡的标准,但是现在也可以把 SD 拿来插上一些外围接口使用,这样的技术便是 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传输数据,而且 SD 协会会员也推出很完整的 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。

现在已经有非常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),而且许多 SDIO 外围也都被开发出来,让手机外接外围更加容易,并且开发上更有弹性(不需要内建外围)4目前常见的 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一,并且也会取代目前 GPIO 式的 SPI 接口。

SDIO总线

SDIO总线 和 USB总线 类似,SDIO也有两端,其中一端是HOST端,另一端是device端。所有的通信都是由HOST端 发送 命令 开始的,Device端只要能解析命令,就可以相互通信。

CLK信号:HOST给DEVICE的 时钟信号,每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。

SDIO热插拔原理 方法:设置一个 定时器检查 或 插拔中断检测

硬件:假如GPG10(EINT18)用于SD卡检测

GPG10 为高电平 即没有插入SD卡

GPG10为低电平 即插入了SD卡

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:用于开始传输的命令,是由HOST端发往DEVICE端的。其中命令是通过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。可以设置为1线模式,也可以设置为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需要返回Response,有的则不需要。

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,在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个读传送完毕后,HOST会再次发送一个命令,通知DEVICE操作完毕,DEVICE同时会返回一个响应。

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,在传送数据的同时会跟随着CRC校验码。当整个写传送完毕后,HOST会再次发送一个命令,通知DEVICE操作完毕,DEVICE同时会返回一个响应。

SDIO接口驱动 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) 下面先分析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     用来描述卡控制器

struct mmc_card     用来描述卡

struct mmc_driver  用来描述 mmc 卡驱动

struct sdio_func      用来描述 功能设备

struct mmc_host_ops   用来描述卡控制器操作接口函数功能,用于从 主机控制器层向 core 层注册操作函数,从而将core 层与具体的主机控制器隔离。也就是说 core 要操作主机控制器,就用这个 ops 当中给的函数指针操作,不能直接调用具体主控制器的函数。

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 有详细阐述,下面只简单回顾一下一些重要函数处理

编写Host层驱动
这里参考的是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对应
         .owner   = THIS_MODULE,
         .pm  = s3cmci_pm_ops,
     },
     .id_table = s3cmci_driver_ids,
     .probe        = s3cmci_probe,  //平台设备探测接口函数
     .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
 
	//.....
}
 
/*注册中断处理函数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) //注册中断处理函数s3cmci_irq
 
/*注册中断处理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注册host驱动
----> device_add(&host->class_dev); //添加设备到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.检测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得到以下信息:

[/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
 
/*判断当前mmc host控制器是否被占用,当前mmc控制器如果被占用,那么  host->claimed = 1;否则为0
 *如果为1,那么会在while(1)循环中调用schedule切换出自己,当占用mmc控制器的操作完成之后,执行 *mmc_release_host()的时候,会激活登记到等待队列&host->wq中的其他 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);  //将具体的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

SDIO设备的热插拔

当插拔SDIO设备,会触发中断通知到CPU,然后执行卡检测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,检测到有效的SDIO设备后,会将它注册到系统中去。

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;
}

wifi 驱动部分解析

wifi驱动的通用的软件架构

分为两部分,上面为主机端驱动,下面是我们之前所说的firmware

其中固件部分的主要工作是:因为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

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其实是driver的封装。通过sdio_register_driver函数将SDIO设备驱动加载进内核,其实就是挂载到sdio_bus_type总线上去。

设备驱动的注册与匹配
[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;
};
下面是具体函数的填充:

/*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,
         }
};
设备注册函数

/**
 *   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:设备或者驱动注册到系统中的过程中,都会调用相应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函数来完成。

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。最终会调用.probe函数,来完成相关操作。

If_sdio_probe函数

当检测到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。 数据流

下面先看下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,
 },
};
//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");
//调用下面的函数
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 的时间执行中断
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
//添加网络结构体  分配设备并注册
priv = lbs_add_card(card, &func->dev);
//分配Ethernet设备并注册 
 wdev = lbs_cfg_alloc(dmdev);
//802无线网的具体的操作函数 
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;    //网络设备的具体的操作函数 
 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);
 
//具体的wifi设备驱动功能 
//网络设备操作的具体函数 
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,   //开始发送数据
 .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,  //判断地址的有效性
}

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,中断处理函数判断中断的类型,如果为接收中断,则读取接收到的数据,分配sk_buff数据结构和数据缓冲区,并将接收的数据复制到数据缓存区,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文件中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);
 
 //如果是中断 ,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);
//开始应答 
mmc_start_request(host, mrq);
wait_for_completion(&complete);
host->ops->request(host, mrq);

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中的注册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);
   //设备硬件开始发送  
    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 ?因为在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);
//完成等待 写数据结束 
wait_for_completion(&complete);


host->ops->request(host, mrq);
   //到底结束  发送数据 

移除函数

当sdio卡拔除时,驱动会调用该函数,完成相应操作。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);