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，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。

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。下面先简单回顾一下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，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）。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。

2、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。

3、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

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。

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）

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

1、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

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，不再详细阐述

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;
}

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，下面是我们之前所说的firmware

2. 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

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。

1、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。

2、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。



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,
},
};

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

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);

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

5、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);