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sdhci.c 是 Linux 内核中针对 SD Host Controller Interface（简称 SDHCI）控制器的通用驱动核心模块。它支持绝大多数符合 SDHCI 标准的硬件控制器，实现了对 SD、eMMC、SDIO 等设备的读写控制。在本文中，我们将结合源码，从硬件规范角度深入剖析其核心机制。

一、SDHCI 是什么？

SDHCI（Secure Digital Host Controller Interface）是一种主机控制器接口标准，由 SD 协会定义，旨在统一 SD 卡控制器与系统主机之间的软件接口。它通常部署在 SoC 或主板芯片组中，负责与 SD 卡之间的通信，支持：

• 标准 SD 和 SDHC/SDXC 卡
• eMMC 存储芯片（部分兼容）
• SDIO 外设（如无线模块）

二、寄存器布局与硬件抽象

SDHCI 控制器通过一组统一寄存器与 CPU 通信。常见的寄存器包括：

寄存器名称	功能描述
SDHCI_ARGUMENT	命令参数
SDHCI_COMMAND	命令与响应类型控制
SDHCI_RESPONSE	命令响应寄存器
SDHCI_TRANSFER_MODE	传输模式设置（DMA、多块等）
SDHCI_PRESENT_STATE	当前状态（总线忙、卡插入等）
SDHCI_CLOCK_CONTROL	时钟启用与分频
SDHCI_HOST_CONTROL	主控功能控制，如数据宽度、HighSpeed
SDHCI_POWER_CONTROL	电压设定与电源开关

驱动通过 sdhci_readl() 和 sdhci_writel() 等封装函数与寄存器交互，实现硬件无关性。

三、初始化与卡检测

驱动初始化时，sdhci_init() 会进行控制器复位，并设置中断、清除旧状态等：

sdhci_reset(host, SDHCI_RESET_ALL);
sdhci_clear_set_irqs(...);
sdhci_set_ios(...);  // 设置电压、时钟、数据宽度

随后调用 sdhci_enable_card_detection() 启用卡插拔检测逻辑。检测方式通常有两种：

• 电平检测（读取 PRESENT_STATE）
• 中断检测（依赖 CARD_INSERT、CARD_REMOVE 中断）

部分控制器存在卡检测问题（如 SDHCI_QUIRK_BROKEN_CARD_DETECTION），驱动中也通过 quirk 机制予以规避。

四、命令发送机制（Command Path）

MMC 协议中，每次传输前都需发出命令（CMDx）。命令发送通过 sdhci_send_command() 实现：

1. 等待控制器空闲（检查 CMD_INHIBIT、DATA_INHIBIT）
2. 写入命令参数：SDHCI_ARGUMENT
3. 设置传输模式（Transfer Mode）：读/写、多块、DMA
4. 写入命令寄存器：SDHCI_COMMAND
5. 启动定时器防止卡死

中断响应由 sdhci_cmd_irq() 处理，解析响应并填充 mmc_command 的 resp[] 字段。

五、数据传输机制：PIO 与 DMA

SDHCI 控制器支持三种数据传输方式：

• PIO 模式：CPU 轮询或中断，读写 SDHCI_BUFFER。

  • sdhci_read_block_pio()
  • sdhci_write_block_pio()

• SDMA（Simple DMA）：

  • 支持一次性 DMA 传输，使用 SDHCI_DMA_ADDRESS
  • 配合 SG 列表，驱动仅支持单个段，限制大

• ADMA（Advanced DMA）：

  • 使用 ADMA descriptor table：sdhci_adma_table_pre/post()
  • 可自动遍历 SG 列表，性能高

驱动通过 host->flags 记录当前使用的传输方式，若 DMA 条件不满足（如未对齐、长度限制），则自动回退至 PIO。

六、时钟控制机制

时钟控制由 sdhci_set_clock() 完成，其核心思路是：

• 按目标频率计算分频值（div）
• 写入 SDHCI_CLOCK_CONTROL，使能内部时钟
• 等待 INT_CLOCK_STABLE 标志
• 启用卡时钟输出

在 UHS 模式或 Preset Value 启用场景下，还需配合 HOST_CONTROL2 寄存器更新。

七、电压控制与信号电平切换

控制器可支持 3.3V / 1.8V 的 IO 电压切换，流程如下：

1. 关闭 SDCLK 输出
2. 修改 HOST_CONTROL2 中的 VDD 电压位
3. 延迟等待电平稳定
4. 重新启用 SDCLK
5. 检查数据线电平（DAT[3:0]）

若切换失败，需重新上电（power cycle）卡片。

八、中断处理

中断处理函数为 sdhci_irq()，主要分为：

• 命令中断：sdhci_cmd_irq()
• 数据中断：sdhci_data_irq()
• 卡插拔中断：通过 CARD_INSERT/REMOVE 标志调度 tasklet
• SDIO 中断：通过 CARD_INT 标志，回调 mmc_signal_sdio_irq()

对于 DMA、PIO、卡状态变化等情况，均通过中断+tasklet 模式完成异步处理，提升效率并避免死锁。

九、调试与寄存器分析

驱动提供 sdhci_dumpregs() 函数用于输出关键寄存器值，便于调试卡识别、数据异常等问题。典型输出如：

sdhci: =========== REGISTER DUMP ===========
Sys addr: 0x00000000 | Version:  0x00003000
Blk size: 0x00000200 | Blk cnt:  0x00000008
...

建议在调试中插入关键路径调用以观察寄存器状态变化。

十、总结：SDHCI 驱动的关键价值

SDHCI 作为标准控制器驱动，其核心价值在于封装控制器访问规范、屏蔽平台差异性、优化传输性能。通过 quirks、ops 等机制，它既支持通用性，又能灵活适配特定硬件。

对嵌入式开发者而言，理解 SDHCI 驱动的硬件控制机制有助于：

• 定位卡识别失败、挂载问题
• 优化高速模式下的数据传输性能
• 进行平台适配或自研控制器移植

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如果你还希望扩展博文内容至移植过程分析或DMA 调试技巧，我可以继续完善。如果需要插图，我也可配合绘制 SDHCI 控制器结构或时序图。需要我继续扩展某部分吗？