第 7 章 块设备驱动程序
7.2 块设备驱动开发实例
7.2.5 MMC 驱动程序分析
现在要分析 MMC 驱动程序的实现过程，读者将会看到它的实现过程与字符设备驱动的 实现有很大的不同，从而让读者感受到块设备驱动实现方法与字符设备驱动的不同之处。首 先来分析它的初始化过程。
7.2.5.1 MMC 初始化
对于 MMC 的初始化主要完成三个任务：一是注册 MMC 块设备；二是建立 MMC 设备 文件系统的目录；三是注册具体的 MMC 介质驱动，实现代码如下所示：
static int __init mmc_blk_init(void) {
int res = -ENOMEM;
res = register_blkdev(major, "mmc");
if (res < 0) {
printk(KERN_WARNING "Unable to get major %d for MMC media: %d\n",
major, res);
用 register_blkdev 函数来实现注册 MMC 块设备，如果没有指定主设备号，则将动态的 分配一个，其中注册的块设备名为 mmc。其次用 devfs_mk_dir 函数来建立一个 MMC 的设 备文件目录。最后注册 MMC 介质的驱动，其中参数 mmc_driver 是 mmc_driver 结构的对象，
该结构对象的定义如下：
static struct mmc_driver mmc_driver = { .drv = {
.name = "mmcblk", },
.probe = mmc_blk_probe, .remove = mmc_blk_remove, .suspend = mmc_blk_suspend, .resume = mmc_blk_resume, };
该 mmc_driver 对象定义了 MMC 驱动的 probe，remove，suspend 和 resume 方法，并且 程序中相应的实现了这些方法。
顺便让我们看一下卸载 MMC 设备的实现代码，它的作用正好与初始化相反，首先完成 MMC 介质驱动的注销，接着删除 MMC 设备文件系统的目录，最后注销 MMC 块设备，具 体实现代码如下：
static void __exit mmc_blk_exit(void) {
static struct block_device_operations mmc_bdops = { .open = mmc_blk_open,
.release = mmc_blk_release, .ioctl = mmc_blk_ioctl, .owner = THIS_MODULE, };
7.2.5.2 open 和 release 方法
块设备的 open 方法作用与字符设备的 open 方法类似，它把相关的 inode 和 file 结构作 为参数，当一个 inode 指向一个块设备时，inode->i_bdev->bd_disk 成员包含了指向相应 gendisk 结构的指针，该指针可用于获得驱动程序内部的数据结构。MMC 驱动的 open 方法 实现代码如下：
static int mmc_blk_open(struct inode *inode, struct file *filp) {
struct mmc_blk_data *md;
int ret = -ENXIO;
md = mmc_blk_get(inode->i_bdev->bd_disk);
if (md) {
if (md->usage == 2)
check_disk_change(inode->i_bdev);
ret = 0;
}
return ret;
}
其中 mmc_blk_data 结构表示 MMC 设备的一个内部数据结构，它的定义以及对各成员 的注释如下：
struct mmc_blk_data {
spinlock_t lock; /*用于互斥锁*/
struct gendisk *disk; /*gendisk 结构*/
struct mmc_queue queue; /*MMC 设备请求队列*/
unsigned int usage; /*用户数目*/
unsigned int block_bits; /*块的大小，以位为单位*/
};
用 mmc_blk_get 函数来获得与参数 gendisk 结构对应的 mmc_blk_data 结构体信息，如 果正确获得则 open 方法返回 0，否则返回-ENXIO 错误信息。当获得的 mmc_blk_data 结构 对象的用户数是 2 时，调用 check_disk_change 函数来检查是否更换了磁盘介质，如果更换 了介质将使那些所有的磁盘相关的缓冲无效。
接下来讲述 release 方法，同样它的作用与字符设备中的 release 方法相似，用它来释放 open 方法打开的设备，它的实现代码如下：
static int mmc_blk_release(struct inode *inode, struct file *filp) {
struct mmc_blk_data *md = inode->i_bdev->bd_disk->private_data;
mmc_blk_put(md);
return 0;
}
该方法实现的关键是 mmc_blk_put 函数，其参数传递的是指向 mmc_blk_data 结构的指
针，该函数完成的任务有，首先将 mmc_blk_data 结构的对象用户数减 1，然后判断它的用 户数目是否为 0，如果为 0，首先释放它的 gendisk 结构对象，然后清除 MMC 的请求队列，
最后释放 mmc_blk_data 结构对象的内存。
7.2.5.3 ioctl 方法
块设备驱动程序提供了 ioctl 函数执行设备的控制功能，高层的块设备子系统在驱动程 序获得 ioctl 命令之前已经截取了大量的命令，所以实际中 ioctl 函数的实现比较简单，MMC 驱动的 ioctl 方法实现代码如下：
static int mmc_blk_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
struct block_device *bdev = inode->i_bdev;
if (cmd == HDIO_GETGEO) { struct hd_geometry geo;
memset(&geo, 0, sizeof(struct hd_geometry));
geo.cylinders = get_capacity(bdev->bd_disk) / (4 * 16);
geo.heads = 4;
geo.sectors = 16;
geo.start = get_start_sect(bdev);
return copy_to_user((void __user *)arg, &geo, sizeof(geo))? -EFAULT : 0;
}
return -ENOTTY;
}
MMC 驱动的 ioctl 方法只实现了一个命令，就是获得块设备的几何物理信息，如获得柱 面，磁头和扇区大小等信息，然后将这些信息发送给用户空间的应用程序。
7.2.5.4 MMC 驱动的 request 方法
块设备的 request 方法应该是与字符设备驱动的最大不同之处，因为块设备操作中没有 定义 read/write 等方法，所以块设备中这些方法的实现就交给了 request 方法来实现。其实 request 方法的实现是在 MMC 初始化时就被实现的，只是为了能更详细的介绍它的实现所 以专门放在这里介绍。MMC 驱动的 request 方法是由 mmc_blk_prep_rq 和 mmc_blk_issue_rq 这两个函数实现，这两个函数被 mmc_blk_alloc 函数调用，而这个函数又被 mmc_blk_probe 函数调用。mmc_blk_probe 函数是在 MMC 驱动初始化时调用的，所以说 request 方法也在 初始化时被调用。mmc_blk_prep_rq 函数用来检查是否有 MMC 设备和 MMC 主机，它的实 现代码如下所示：
static int mmc_blk_prep_rq(struct mmc_queue *mq, struct request *req) {
struct mmc_blk_data *md = mq->data;
int stat = BLKPREP_OK;
if (!md || !mq->card) {
printk(KERN_ERR "%s: killing request - no device/host\n",
req->rq_disk->disk_name);
stat = BLKPREP_KILL;
}
return stat;
}
当检测到没有 MMC 主机或没有 MMC 设备时，该函数返回一个非 0 值。否则，返回一 个 0 代表设备都正常存在。
mmc_blk_issue_rq 函数实现的块设备的真正 read/write 等操作，它的实现代码如下所示：
static int mmc_blk_issue_rq(struct mmc_queue *mq, struct request *req) {
……
do {
struct mmc_blk_request brq;
struct mmc_command cmd;
……
if (rq_data_dir(req) == READ) {
brq.cmd.opcode=brq.data.blocks>1?MMC_READ_MULTIPLE_BLOCK:
MMC_READ_SINGLE_BLOCK;
brq.data.flags |= MMC_DATA_READ;
} else {
brq.cmd.opcode = MMC_WRITE_BLOCK;
brq.cmd.flags = MMC_RSP_R1B;
brq.data.flags |= MMC_DATA_WRITE;
brq.data.blocks = 1;
}
brq.mrq.stop = brq.data.blocks > 1? &brq.stop : NULL;
brq.data.sg = mq->sg;
brq.data.sg_len = blk_rq_map_sg(req->q, req, brq.data.sg);
mmc_wait_for_req(card->host, &brq.mrq);
……
do { int err;
cmd.opcode = MMC_SEND_STATUS;
cmd.arg = card->rca << 16;
cmd.flags = MMC_RSP_R1;
err = mmc_wait_for_cmd(card->host, &cmd, 5);
if (err) {
printk(KERN_ERR "%s: error %d requesting status\n", req->rq_disk->disk_name, err);
goto cmd_err;
}
} while (!(cmd.resp[0] & R1_READY_FOR_DATA));
spin_lock_irq(&md->lock);
ret = end_that_request_chunk(req, 1, brq.data.bytes_xfered);
if (!ret) {
add_disk_randomness(req->rq_disk);
blkdev_dequeue_request(req);
end_that_request_last(req);
}
spin_unlock_irq(&md->lock);
} while (ret);
mmc_card_release_host(card);
return 1;
cmd_err:
……
return 0;
}
该函数主要完成 MMC 的命令请求，以及相应的数据传输。它可以是单个块的操作，也 可以是多个块的操作。其中 mmc_wait_for_req 函数用来实现 MMC 主机的命令请求，用来 启动一个 MMC 主机请求。mmc_wait_for_cmd 函数用来启动一个 MMC 命令并且等待这个 命令的完成。用 end_that_request_chunk 函数来结束一个 I/O 请求，当该函数返回 0 时，证 明已经处理了这个请求，返回 1 时，表明这个请求还在悬挂在缓冲中。当结束这个 I/O 请求 时，必须调用 mmc_card_release_host 函数来释放 MMC 主机，以便其他 MMC 主机声明使 用 MMC 驱动操作。
此外，还有一个一般的 MMC 请求处理函数，那就是 mmc_request 函数，这个函数被那 些 MMC 主机的队列调用，当 MMC 主机空闲时，将利用这个函数查找一个等待的请求，然 后把它唤醒处理。mmc_request 函数的实现代码如下：
static void mmc_request(request_queue_t *q) {
struct mmc_queue *mq = q->queuedata;
if (!mq->req)
wake_up(&mq->thread_wq);
}
到此为止，关于 MMC 驱动程序的主要实现代码已经分析完毕，该程序是基于 Linux 2.6.10 内核中提供的 MMC 代码为基础的，读者可以通过附件的光盘获取 MMC 驱动的参考 实现代码。