IDE接口和SD卡驱动程序移植

嵌入式Linux设备驱动开发之IDE接口和SD卡驱动程序移植

《嵌入式Linux应用完全开发手册》第4篇第23章总结归纳

本章目标

1. 了解IDE接口驱动程序的框架，掌握移植方法
2. 了解硬盘、光盘等块设备的使用方法
3. 了解MMC/SD卡驱动程序的框架
4. 掌握通过补丁文件移植驱动程序的方法

IDE接口驱动程序移植

IDE接口相关概念介绍

IDE的英文全称为“Integrated Driver Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体（存储部件）”集成在一起的硬盘驱动器。IDE代表着硬盘的一种类型，但是实际的应用中，人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型的硬盘ATA-1，这种类型的接口随着技术的发展已经被淘汰了，而其后发展的ATA-2、ATA-3等更高版本的接口规范。
IDE硬盘又称为并口硬盘（与下面介绍的SATA接口硬盘相对），它的已经接口有两种：台式机中使用的40脚IDE接口、笔记本中使用的44脚接口（其中的40个引脚是一样的）。从外形看，台式机中的硬盘比较大，为3.5英寸，40个引脚的旁边还有4个很大的引脚，它们用来接12V、5V电源；笔记本中的硬盘比较小，为2.5英寸，电源等就在多出来的4个引脚中。
ATA：ATA（AT Attachment）是一个20世纪80年代由一些软硬件厂家制定的IDE驱动器接口规范，AT是指IBM PC/AT个人电脑及其总线结构。通常人们也把ATA接口称为IDE接口，但是实际上两者有着细微的区别，ATA主要指硬盘驱动器与计算机的连接规范，而IDE则主要是指硬盘驱动器本身的技术规范。经过多年发展，ATA规范逐渐升级，访问硬盘的速度逐渐提高。它们的特点简要介绍如下：

1. ATA-1: 这是最初的IDE标准，ATA-1主板上只有一个插口，支持1个主设备和1个从设备，每个设备的最大容量为504MB。ATA-1支持PIO-0、PIO-1和PIO-2共3种PIO模式，传输速率只有3.3MB/s；另外还支持4种DMA模式。这种标准的硬盘在市场上基本已经看不到了。
2. ATA-2：它是ATA-1的扩展，也称为EIDE（Enhanced IDE）或Fast ATA。它在ATA的基础上增加了两种PIO模式和两种DMA模式，最高传输速率达到16.7MB/s。同时引进了LBA（Logical Block Address）地址转换方式，原来的地址转换方式为CHS（Cylinder Head Sector）。主板上有两个插口，每个插口可以连接1个主设备和1个从设备，共可以支持4个设备。
3. ATA-3：它没有引进更高的传输模式，在传输速度上没有任何提升。最重要的是引入了一个划时代的技术–SMART技术（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology），自检测、分析和报告技术。
4. ATA-4：也称Ultra DMA 33或ATA33，从它开始正式支持Ultra DMA数据传输模式，增加了PIO-4传输模式，传输速率达到33MB/s。它首次采用了Double Data Rate技术，让接口在一个时钟周期内传输数据达到两次（上升沿和下降沿各一次），这样数据传输率从16.7MB/s提升到33MB/s。
5. ATA-5：也称Ultra DMA 66或ATA66，传输速率达到66.6MB/s。从ATA-5开始，为防止电磁干扰，硬盘的连线开始使用40针脚80芯的电缆，就是说其中的信号线仍是40根，这与以前的接口兼容，新增的40根都是地线。打开机箱，40针脚80芯的电缆与原来的电缆相比，显得更细更密，数一下排线的数目，会发现是80根。
6. ATA-6：也称ATA100，它也是使用40针脚80芯的电缆，传输速率达到100MB/s。这是目前市场上主流的IDE接口硬盘。
7. ATA-7：也称ATA133，它是ATA接口的最后一个版本，传输速率达到133MB/s。只有迈拓公司推出了ATA133标准的硬盘，其他厂商则停止了对IDE接口的开发，转而生产Serial ATA接口标准的硬盘。

ATAPI：AT Attachment Packet Interface，AT附加分组接口。ATA可以使用户在PC机器上连接硬盘，但是有时这样还不够。有些用户需要通过同样方便的手段连接CDROM、磁带机、MO驱动器等设备。ATAPI标准就是为了解决在IDE/EIDE接口上连接多种设备而制定的。支持ATAPI的IDE/EIDE接口可以像连接硬盘一样连接ATAPI设备。目前几乎所有的IDE/EIDE接口都支持ATAPI。ATAPI是一个软件接口，它将SCSI/ASPI命令调整到ATA接口上，这使得光驱制造商能比较容易的将其高端的CD/DVD驱动器产品调整到ATA接口上。以光驱为例，它可以像硬盘一样接在任何一个IDE接口上，但是它的驱动程序与IDE硬盘不同。
SATA和PATA：两个都是ATA规范，PATA的全称是ParallelATA，就是并行ATA硬盘接口规范，即ATA-1、ATA-2等。PATA硬盘接口规模已经具有相当的辉煌历史了，而且从ATA33/66一直发展到ATA100/133。而SATA硬盘全称则是SerialATA，即串行ATA硬盘接口规范。当硬盘的访问速度进一步提高时，并行接口的电缆属性、连接器和信号协议都表现出了很大的技术瓶颈，在技术上突破这些瓶颈存在相当大的难度。SATA的出现就是为了取代PATA。第一代的SATA硬盘的写入速度为150MB/s，第二代的SATA硬盘的写入速度则高达300MB/s，比第一代的速度提高了1倍。SATA除了速度更快之外，另一个进步在于它的数据连线，它的体积更小，散热也更好，与硬盘的连接相当方便。与PATA相比，SATA的功耗更低，这对于笔记本而言是一个好消息，同时独有的CRC技术让数据传输也更为安全。

IDE接口驱动移植

IDE接口驱动程序框架及源码分析

IDE接口驱动程序框架

PC机上最多可以有主、次两个IDE接口，每个IDE接口又可以支持主、从共两个IDE硬盘，所以最多可以有4个IDE硬盘。
内核有个数组ide_hwifs[]，数组的每个元素都是一个ide_hwif_t数组结构，代表着系统中的一个可能的IDE接口。系统初始化时如果检测到一个IDE接口，就把相应表项中的noprobe字段设置成0，表示后面要通过这个接口来检测上面是否连接了硬盘，这称为IDE枚举。
同时，ide_hwif_t数据结构中又有个ide_drive_t结构数组drivers[]。IDE枚举时如果检测到某个接口上有磁盘相连，就将相应ide_driver_t结构中的present字段也设成1，并根据检测到或从系统的CMOS芯片中读到的各项参数设置这个数据结构。也就是说，ide_hwif_t数据结构是对IDE接口的描述，而ide_driver_t数据结构是对连接在具体IDE接口上的“IDE设备”的描述。
例如，如果在系统的主（primary）IDE接口上检测到有主/从两个磁盘相连，就把这两个磁盘的参数分别填入ide_hwifs[0]中的drivers[0]和drivers[1]，并把它们的present字段设置成1。再例如，如果在次（secondary）IDE接口上连接着一个Mitsumi CDROM，那就把它的参数填入ide_hwifs[1]里面的drives[0]，并且把ide_hwifs[1]中的字段major设置成MITSUMI_CDROM_MAJOR。
在ide_drive_t结构中有个void指针driver_data，可以指向不同的ide_driver_t数据结构（ide_drive_t和ide_driver_t是两种不同的数据结构）。这个指针在系统初始化过程中根据枚举到的IDE设备的类型而设置成不同的数据结构。对于IDE硬盘，它指向一个ide_driver_t数据结构idedisk_driver。同类的数据结构还有idetape_driver、ide_cdrom_driver以及ide_floppy_driver，分别代表着连接到IDE接口上的不同类型的设备，如果ide_drive_t结构drivers[]非空，但是它的driver指针确是NULL，就说明初始化时虽然检测到了硬盘的存在，但是却因某种原因未能完成对设备以及数据结构的初始化。
上面涉及到了3种数据结构：ide_hwif_t、ide_drive_t和ide_driver_t，它们刚好表示了IDE驱动程序的3个层次。代码中，这3种变量的名称常写为hwif、drive、driver，前面两个表示“硬件”，IDE接口、硬盘；后面一个表示“软件”，表示这个磁盘的具体驱动程序，有idedisk_driver、detape_driver等。
为了形象，从软件人员的角度说明：

从图中可以看出驱动初始化的顺序：初始化IDE接口（hwif）、IDE枚举（识别挂接的磁盘）、挂接具体的驱动程序。

1. 初始化IDE接口
   简单来说，每个IDE接口（驱动中用hwif表示）就是9个地址和它们的读写函数（及中断号），对磁盘的一切访问都通过这些地址：选择磁盘（一个IDE接口上可以接两个磁盘，这两个磁盘共用这9个地址，访问它们之前需要发出选择命令）、发出命令、查询状态、读写数据。对hwif的初始化主要包括一下两点。
   ①确定这9个地址和中断号，即ide_hwifs[].io_ports[]。
   ②确定这9个地址的读/写函数：ide_hwifs[].OUTB/INB/OUTW/INW等
   就软件而言，就是设置相应的ide_hwifs[]项。
2. IDE枚举
   确定了IDE接口的地址、读写函数和中断号后，IDE驱动即会利用它们自动设别所挂接的磁盘，包括一下3点。
   ①检查是否有挂接了磁盘
   ②识别是磁盘、光盘还是软盘
   ③注册中断处理函数
   一个IDE接口上最多可以挂接两个磁盘，可以是硬盘、光盘或软盘等，这可以通过不同的命令序列识别出来。命令序列分两类：ATA、ATAPI。前者对应硬盘，后者对应光盘/软盘等。
   把磁盘当作一个巨大的可读写的数组的话，可以想象得到，磁盘上必然有一些只读的数据来标识它：生产厂商、容量、柱面数、磁头数、扇区数、是否支持多扇区读写等，称这些信息为“磁盘ID”，大小为512字节，这些信息读出后会保存起来。
   就软件而言，就是设置数据结构ide_hwifs[].drivers[0]，对应主磁盘；设置数据结构ide_hwifs[].drivers[1]，它对应从磁盘。
   如果检测到有磁盘相连，则将ide_hwifs[].drives[].present置1，然后使用ATA/ATAPI命令序列查询所接磁盘类型（硬盘、软盘、光盘），读取“磁盘ID”，保存在ide_hwifs[].drives[].id中；并设置ide_hwifs[].drives[].media，取值有ide_disk、ide_cdrom、ide_floppy等。
   注册中断：同一个IDE接口（hwif）下的主、从两个磁盘，它们共用一根中断线。识别出了一个IDE接口下所有磁盘后，发现有磁盘时才注册中断。
3. 挂接具体驱动程序
   步骤2已经获取了磁盘的参数，并在ide_hwifs[].drives[].media中标明了磁盘类型，不同的类型对应不同的驱动程序：硬盘驱动、光盘驱动、软盘驱动等。加载这些驱动时，它们会遍历每个磁盘，即每个ide_hwifs[].drives[]。比对ide_hwifs[].dirves[].media项，匹配的话就将ide_hwifs[].drives[].driver_data指向相应的结构。比如：对于IDE硬盘，它指向一个ide_driver_t数据结构idedisk_driver。同类的数据结构还有idetape_driver、ide_cdrom_driver以及ide_floopy_driver。以硬盘为例，以后就会利用idedisk_driver结构中提供的函数进行读写硬盘了。
   然后，识别磁盘分区。磁盘分区表的表示方法并不属于IDE驱动的范畴，但是了解它有助于调试驱动。
   综上所述，可以认为IDE驱动分为3层：IDE接口层（hwif）、磁盘驱动器层（hwif.drives[]）、具体驱动程序（hwif.drives[].driver）。实际上，在S3C2410/S3C2440系统中移植IDE接口驱动层程序，主要的工作也就是让操作系统能识别板上的IDE接口。

IDE接口驱动程序源码分析

下面按照上述3个步骤分析驱动程序，代码在dirvers/ide目录下，分别是ide.c、ide-generic.c、ide-disk.c（硬盘）/ide-cd.c（CDROM）/ide-floppy.c（软盘）。

1. 初始化IDE接口
   入口在drivers/ide/ide.c的ide_init函数中，它的初始化默认的IDE接口，或者调用体系结构相关的函数初始化IDE接口，即确定IDE接口的9个地址和它们的读写函数。主要的函数调用关系如下：

   ide_init ->
    init_ide_data ->
        init_hwif_data ->
            default_hwif_iops //确定IDE接口的默认读写函数，OUTB/INB/OUTW/INW等
            default_hwif_transport //一些默认的读写函数，会调用上面确定的函数
        init_hwif_default ->//确认默认的IDE接口地址，对于X86架构外的CPU，通常无用
        ide_arm_init ->//确认ARM架构相关的IDE接口地址
    probe_for_hwifs ->//确定各种“已知的”IDE接口，它们通常是架构相关的

2. IDE枚举（识别挂接的磁盘）
   入口在drivers/ide/ide-generic.c的ide_generic_init函数中，主要的函数调用关系如下：

   ide_generic_init ->
    ideprobe_inti ->
        probe_hwif ->
            probe_for_drive ->  //枚举磁盘
                do_probe
        hwif_init               //将枚举到的磁盘作为块设备注册到内核中，并注册中断处理函数等

   函数do_probe在dirvers/ide/ide-probe.c中定义，它利用前面确定的IDE接口的地址发出各类命令序列检测磁盘。摘取此函数里面用到的一个函数，可以看到是它如何使用前面确定的IDE接口的：SELECT_DRIVE（hwif,drive）被用来发出选择命令，选择主从磁盘，它在drivers/ide/ide-iops.c中的定义如下：

   void SELECT_DRIVE (ide_drive_t *drive)
   {
       if (HWIF(drive)->selectproc)
           HWIF(drive)->selectproc(drive);
       HWIF(drive)->OUTB(drive->select.all, IDE_SELECT_REG);
   }

   IDE_SELECT_REG就是hwif->io_ports[IDE_SELECT_OFFSET]。这行使用OUTB向寄存器IDE_SELECT_REG输出一个字节，而OUTB通常就是前面的default_hwif_iops函数设置的ide_outb，即outb。
   前面说过的每个磁盘都有一些只读信息来标识自己—“磁盘ID”，读取“磁盘ID”的函数调用顺序如下：

   ide_generic_init ->
    ideprobe_init ->
        probe_hwif ->
            probe_for_driver ->
                do_probe ->
                    try_to_identify ->
                        actual_try_to_identify ->
                            do_identify ->
                                hwif->ata_input_data ->
                                    INSW ->
                                        INW

   它们最终还是通过前面确定的OUTB/INB/OUTW/INW等函数来完成，只要读出了“磁盘ID”，磁盘的枚举基本就成功了。
3. 挂接具体驱动程序
   以硬盘驱动程序为例，代码在drivers/ide/ide-disk.c中，入口函数为idedisk_init，代码如下：

   static int __init idedisk_init(void)
   {
       return driver_register(&idedisk_driver.gen_driver);
   }

   向内核注册驱动之后，最终会调用drivers/ide/ide-disk.c中的ide_disk_probe函数来识别每个磁盘。
   对于所有磁盘，如果是硬盘（ide_hwifs[].drives[].driver_req为“ide-disk”、ide_hwifs[].drives[].media等于ide_disk），则挂接硬盘驱动程序：ide_hwifs[].drives[].driver = &idedisk_driver。
   为硬盘挂接具体驱动程序的主要函数调用关系如下：

   idedisk_init ->
    ide_disk_probe ->
        idkp->driver = &idedisk_driver;//挂接硬盘驱动程序
        idedisk_setup//根据磁盘ID做一些设置，比如获取磁盘容量、确定能否多扇区操作、确定读写能否以32位进行等
        set_capacity//设置容量
        g->fops = &idedisk_ops;//确定文件处理函数（用户调用open/read/write等时对应的函数）
        add_disk(g);//识别分区

   假设一切正常，那么系统启动后就可以访问磁盘了。

S3C2410/S3C2440开发板上的IDE接口驱动程序移植

从前面的分析可以知道，IDE接口驱动程序的移植只有一点：确定IDE的接口（地址、中断号、读写函数）。
开发板上的IDE接口硬件连线如下图所示：

在修改代码之前，先介绍一下IDE设备的寄存器。对硬盘、光盘、软盘等IDE设备的所有操作，都是通过读写它们的寄存器来完成的。这些寄存器分为两种：命令块寄存器、控制块寄存器。前者被用来给设备发送命令或是查询状态；后者被用来控制设备，它也可以用来查询状态。这两类寄存器通过CS1、CS0、DA2-DA0来分辨，它们的功能和地址信号如下图所示：

这些寄存器都是8位的，当设置好相关寄存器之后，就可以通过“数据端口”发送或读取数据了。“数据端口”的地址与数据寄存器一样，只不过传输的是16位的。
从上面的图可知，命令块寄存器的基地址是BANK1的基地址，即0x08000000，这些寄存器的地址分别为：0x0800000、0x0800002、0x0800004、…、0x080000E；控制块寄存器的基地址为BANK2的基地址，
即0x1000000，只用到一个地址：0x1000000C。硬件连线图中，ADD3-ADD1连接到DA2-DA0，没有使用ADDR0，确定地址时需要注意到这点。另外，这些地址是物理地址，在内核中使用时需要映射为虚拟地址。
中断引脚为EINT6，上升沿有效；使用nWAIT信号；数据位宽为16。
如前所述，只要告诉内核这些地址、中断号就可以了（还要进行相关设置使它们可用）。这些地址的读写函数使用前面设置的默认函数。
只需要修改两个文件：drivers/ide/arm/ide_arm.c、drivers/ide/Kconfig。
在drivers/ide/arm/ide_arm.c文件中增加ide_s3c24xx_init函数，修改后的文件如下：

...
#elif defined (CONFIG_ARCH_S3C2410)
#include <linux/irq.h>
#include <asm/arch-s3c2410/regs-mem.h>
#include <asm/arch-s3c2410/regs-gpio.h>
#define IDE_ARM_IOs {0x80000000,0x10000000} //IDE接口CS0、CS1的物理基址
#define IDE_ARM_IRQPIN  S3C2410_GPF6    //中断引脚
#else
...
#ifdef CONFIG_ARCH_S3C2410
/*set hwif for S3C2410/S3C2440*/
static void __init ide_s3c24xx_init(void)
{
    int i;
    unsigned int oldval_bwscon;//用来保存BWSCON寄存器的值
    unsigned long mapaddr0;
    unsigned long mapaddr1;
    unsigned long baseaddr[] = IDE_ARM_IOs;
    hw_regs_t hw;

    //设置BANK1/2：总线宽度为16
    oldval_bwscon = readl(S3C2410_BWSCON);
    writel(oldval_bwscon & ~(( 3 << 4) | (3 << 8))) \
        | S3C2410_BWSCON_DW1_16 | S3C2410_BWSCON_WS1 \
        | S3C2410_BWSCON_DW2_16 | S3C2410_BWSCON_WS2, S3C2410_BWSCON);
    
    //设置BANK1/BANK2的时间参数
    writel((S3C2410_BANKCON_Tacs4 | S3C2410_BANKCON_Tcos4 | S3C2410_BANKCON_Taccl4 \
            S3C2410_BANKCON_Tcoh4 | S3C2410_BANKCON_Tcah4 | S3C2410_BANKCON_Tacp6   \
            S3C2410_BANKCON_PMCnorm),S3C2410_BANKCON1);
    writel((S3C2410_BANKCON_Tacs4 | S3C2410_BANKCON_Tcos4 | S3C2410_BANKCON_Taccl4 \
            S3C2410_BANKCON_Tcoh4 | S3C2410_BANKCON_Tcah4 | S3C2410_BANKCON_Tacp6   \
            S3C2410_BANKCON_PMCnorm),S3C2410_BANKCON2);
    
    /*
        设置IDE接口的地址，ADDR3~ADDR1接到的A02~A00
        注意：没有使用ADDR0，所以下面确定地址时，都左移1位
    */
    mapaddr0 = (unsigned long)ioremap(baseaddr[0],16);
    mapaddr1 = (unsigned long)ioremap(baseaddr[1],16);

    memset(&hw, 0, sizeof(hw));

    for(i = IDE_DATA_OFFSET; i <= IDE_STATUS_OFFSET; i++)
        hw.io_ports[i] = mapaddr0 + (i << 1);   //命令块寄存器
    
    hw.io_ports[IDE_CONTROL_OFFSET] = mapaddr1 + (6 << 1); //控制块寄存器

    /* 设置中断引脚 */
    hw.irq = s3c2410_gpio_getirq(IDE_ARM_IRQPIN);
    s3c2410_gpio_cfgpin(IDE_ARM_IRQPIN, S3C2410_GPIO_IRQ);
    set_irq_type(hw.irq, IRQF_TRIGGER_RISING);

    /* 注册IDE接口 */
    ide_regitser_hw(&hw, 1, NULL);
}
#endif
void __init ide_arm_init(void)
{
#ifdef CONFIG_ARCH_S3C2410
    if(IDE_ARM_HOST) {
        ide_s3c24xx_init();

    }
#else
    if(IDE_ARM_HOST) {
        hw_reg_t hw;

        memset(&hw, 0, sizeof(hw));
        ide_std_init_ports(&hw, IDE_ARM_IO, IDE_ARM_IO + 0x206);
        hw.irq = IDE_ARM_IRQ;
        ide_register_hw(&hw, 1, NULL);
    }
#endif
}

第[6]、[7]行定义了IDE接口CS0、CS1的物理基址和中断引脚，它们在下面会用到。
第[22]-[25]行用来设置存储控制器，IDE接口使用BANK1、BANK2，数据总线位宽为16；还使用到了nWAIT信号。
第[28]-[33]行设置BANK1、BANK2的时序参数，现在设为比较宽松的值，基本都取最大值，读者可以根据硬盘特性进行调整。
第[39]-[47]行设置IDE接口的9个地址，第[39]、[40]两行首先将物理地址映射为虚拟地址，后面就是直接赋值了。需要注意的是：由于S3C2410/S3C2440的ADDR3-ADDR1接到IDE接口的DA02-DA00，没有使用ADDR0，所以是[45]、[47]行中地址的偏移都左移了1位。
第[50]-[52]行设置中断引脚，第[50]行的s3c2410_gpio_getirq函数的返回值就是中断号IRQ_EINT6；第[51]行用来选择引脚功能为外部中断，第[52]行用来设置中断的触发方式为上升沿触发。第[50]-[52]行的功能完全可以在调用requset_irq函数注册中断时，通过指定参数irqflags为IRQF_TRIGGER_RISING来完成，在这里之所以不使用这种方法是为了减少修改其他文件（在dribers/ide/ide-probe.c中注册中断处理函数）。
第[55]行调用ide_register_hw注册IDE接口，其实就是在将上面确定的地址、中断号填入某个不用的ide_hwifs[]表项中。
后面第[58]行开始的ide_arm_init函数直接调用ide_s3c24xx_init函数。
ide_arm_init函数在drivers/ide/ide.c文件中的init_ide_data函数中被调用，需要设置配置项CONFIG_IDE_ARM。ide_arm_init函数被调用时的代码如下:

static void __init init_ide_data(void)
{
...
#ifdef CONFIG_IDE_ARM
    ide_arm_init();
#endif
}

配置项COFIG_IDE_ARM在drivers/ide/Kconfig中定义，代码如下：

config IDE_ARM
    def_bool ARM && (ARCH_A5K || ARCH_CLPS7500 || ARCH_RPC || ARCH_SHARK)

在配置菜单中看不到它，它取默认值。增加一个依赖条件ARCH_S3C2410，新代码如下：

config IDE_ARM
    def_bool ARM && (ARCH_A5K || ARCH_CLPS7500 || ARCH_RPC || ARCH_SHARK || ARCH_S3C2410)

IDE接口驱动程序测试

首先配置内核，需要增加不少配置项；还要移植一些分区、格式化的工具。

配置、编译内核

为了支持硬盘、CDROM等设备，需要在设备驱动、文件系统等方面设置相应的配置项。在内核根目录下执行“make menuconfig”后，按照下面的指示进行配置即可。

Device Drivers --->
    <*> ATA/ATAPI/MFM/RLL support --->
        <*> Enhanced IDE/MFM/RLL disk/cdrom/tape/floppy support
        <*> Include IDE/ATA-2 DISK support
        <*> Include IDE/ATAPI CDROM support
        [*] legacy /proc/ide/ supprot
        <*> generic/default IDE chipset support
File systems --->
    CD-ROM/DVD Filesystems --->
        <*> ISO 9660 CDROM file system support 
        [*] Microsoft Joliet system supprt
        [*] Transport decompression extension
        <*> UDF file system support
    DOS/FAT/NT Filesystems --->
        <*> VFAT (Windows-95) fs support
        (936) Default codepage for FAT
        (cp936) Default iocharset for FAT
    Native Language support --->
        <*> Simplified Chinese charset (CP936,GB2312)    

值得一提的是上面的“(936)Default codepage for FAT”和“(cp936) Default iocharset for FAT”。
首先介绍一下字符集的概念：计算机中使用数值来表示字符，比如使用0x41来表示字符“A”。同一个数值在不同的字符集中可能表示不同的字符，比如数值0xABB6在gb2312字符集中式“东”，在big5字符集中却是“奎”，在UNICODE字符集中没有对应的字符。
在FAT文件系统中存储一个短文件名时使用本地的字符集进行存储，这个字符集被称为“codepage”；存储长文件名时，使用UNICODE字符集。在Linux中，查看FAT文件系统的文件时，比如使用“ls”命令时，这些以“codepage”或UNICODE字符集保存的数值，还要转换为另一个字符集的数值，才发送到控制台上去显示。这个“显示用”的字符集就是“iocharset”。
在Linux下挂接FAT文件系统时，经常碰到汉字的目录名、文件名显示“？”，就是因为在挂接文件系统时，没有正确设置“codepage”或“iocharset”所致。“codepage”和“iocharset”可以相同，也可以不同，比如我们可以这样挂接硬盘：

mount -o codepage=950,iocharset=cp936 /dev/hda2 /mnt

cp950表示字符集BIG5，cp936表示字符集GB2312，这个命令使得FAT文件系统使用BIG5字符集保存的繁体文件名，可以通过GB2312正确显示为简体字。
最后一项配置“Native Language Support”表示“本地语言支持”，就是将各种字符集编译进内核，或编译为模块。

移植工具

在Busybox中已经有分区工具fdisk，还需要移植EXT2文件系统格式化工具mke2fs、FAT文件系统格式化工具mkdosfs。

1. 移植EXT2文件系统格式化工具mke2fs
2. FAT文件系统格式化工具mkdosfs

分区、格式化、使用IDE接口设备
开发板上只有一个IDE接口，所以最多可以接两个设备：要么是主设备（hda）、要么是从设备（hdb），可以通过设置它们的跳线来确定谁是主设备、谁是从设备。
设备文件/dev/hda、/dev/hdb表示整个磁盘，设备文件/dev/hda1、/dev/hda2、/dev/hdb1、/dev/hdb2等表示磁盘的分区。初始化硬盘时，驱动程序会自动识别它的分区。

1. 创建设备文件
   进行下一步操作之前，先在开发板根文件系统中创建几个设备文件，以下命令在开发板上执行。

   mknod /dev/hda b 3 0
   mknod /dev/hda1 b 3 1
   mknod /dev/hda2 b 3 2
   mknod /dev/hda3 b 3 3
   mknod /dev/hda4 b 3 4
   
   mknod /dev/hdb b 3 64
   mknod /dev/hdb1 b 3 65
   mknod /dev/hdb2 b 3 66
   mknod /dev/hdb3 b 3 67
   mknod /dev/hdb4 b 3 68

2. 分区
   分区工具fdisk操作的是整个设备，比如“fdisk /dev/hda”。fdisk提供字符界面的菜单供用户进行各种操作：查看、增加、删除分区，查看主扇区的数据。需要注意的是：增加、删除分区等操作只是在内存中完成，还没有写入磁盘，这需要在主菜单中选择“w”才会将变化的数据写入磁盘。
3. 格式化
   分区之后就是格式化了，可以使用mke2fs工具将某个分区格式化为EXT2文件系统，或是使用mkdosfs工具格式化为FAT文件系统。mkdosfs工具的默认格式为FAT16，要格式化为FAT32需要增加参数“-F 32”。使用的命令示范如下：

   mke2fs /dev/hda1
   mkdosfs -F 32 /dev/hda2

4. 挂接磁盘
   对于已经格式化好的磁盘，直接使用mount命令即可挂接，之后就可以使用了。挂接命令如下：

   //对于EXT2文件系统，不需要指定字符集
   mount /dev/hda1 /mnt
   //对于FAT文件系统，指定codepage和iocharset；可省略，因为内核已设置默认字符集为cp936
   mount -o codepage=936,iocharset=cp936 /dev/hda2 /mnt

   如果IDE接口接上了光驱，在启动内核时会看到类似以下的信息：

   Uniform Multi-Platform E-IDE driver Revision: 7.00alpha2
   ide: Assuming 50MHz system bus speed for PIO modes; override with idebus=xx
   hdb: BENQ DVD DD DW1650, ATAPI CD/DVD-ROM drive
   ide0 at 0xc4872000-0xc4872007,0xc487400c on irq 50
   hdb: ATAPI 48X DVD-ROM DVD-R CD-R/RW drive, 2048KB Cache
   Uniform CD-ROM driver Revison: 3.20

   表示识别到了一个光驱，它是从设备（hdb）。光盘没有分区，直接使用“整个设备”，即/dev/hdb。在光驱中装入光盘后，挂接命令如下：

   mount -o iocharset=gb2312 /dev/hdb /mnt #要显示简体汉字，指定字符集gb2312

SD卡驱动程序移植

SD卡相关概念介绍

MMC：MMC就是MultiMediaCard的缩写，即多媒体卡。它是一种非易失性存储器件，体积小巧，类似一张邮票大小，容量大，耗电量低，传输速度快，广泛用于电子玩具、PDA、数码相机、手机、MP3等设备中。以前的MMC规范的数据传输宽度只有1位，最新的4.0版本的MMC规范拓宽了4位、8位带宽，时钟频率达到52MHz频率，从而支持50MB/s的传输速率。对于SD卡的“数据保全”特性，MMC协会接纳了具有竞争性的安全卡标准—Secure MMC 1.1版规范。
SD：SD卡的英文名为Secure Digital Memory Card，即安全数码卡。它在MMC的基础上发展而来，增加了两个主要特色：SD卡强调数据的保全，可以设定所存储数据的使用权限，防止他人复制；另一个特色就是传输速度比2.11版的MMC快了4倍。在数据传输和物理规范上，SD卡向前兼容MMC卡；外观上，SD卡尺寸为24mmX32mmX2.1mm，是比MMC卡更厚一些；这两个特点使得支持SD卡的设备也支持MMC卡。SD卡和2.11版的MMC卡完全兼容。
SDIO：SDIO是在SD标准上定义了一种外设接口，它和SD卡规范间的一个重要区别是增加了低速标准。SDIO卡只需要SPI和1位SD传输模式。低速卡的目标应用是以最小的硬件开支支持低速I/O能力。低速卡支持剋四调制解调器、条码扫描仪和GPS接收器等应用。对“组合卡”（存储器+SDIO）而言，全速和4位操作对卡内存储器和SDIO部分都是强制要求的。
MMC/SD/SDIO这3种存储卡都支持这两种接口：对于MMC卡，称为MMC接口和SPI接口；对于SD卡，SDIO卡，称为SD接口和SPI接口。SD接口有1位和4位之分，上电时默认使用1位模式，设置SD主机后可以使用4位模式。
MCI：MCI是Multimedia Card Interface的简称，即多媒体卡接口。上述的MMC、SD、SDIO卡定义的接口都属于MCI接口。MCI这个术语在驱动程序种经常使用，很多文件、函数名字都包含“mci”。

SD卡驱动程序移植

S3C2410/S3C2440中集成了一个MMC/SD/SDIO主机控制器，用于访问外接的MMC卡、SD卡或SDIO卡，它有如下特性：

1. 支持SD存储卡规范1.0、MMC卡规范2.11
2. 支持SDIO规范1.0
3. 内部有16个字（64字节）的FIFO，用于发送、接收数据
4. 40位的命令寄存器（SDICARG[31:0]+SDICCON[7:0]）
5. 136位的回应寄存器（SDIRSPn[127:0]+SDICSTA[7:0]）
6. 8位的预分频逻辑电路
   对于S3C2410，Freq=System Clock/(2(P+1))
   对于S3C2440，Freq=System Clock/(P+1)
7. CRC7和CRC16校验码产生器
8. 支持查询、中断或者DMA传输模式
9. 数据总线的宽度可以是1位或者4位，支持串流或区块传输模式
10. 对于SD卡、SDIO卡，传输数据时最高时钟频率为25MHz
11. 对于MMC卡，传输数据时最高时钟频率为20MHz

Linux2.6.22.6尚未支持S3C2410/S3C2440的MMC/SD/SDIO控制器，需要移植驱动程序。在这之前，先介绍一下MMC/SD驱动的框架。这些驱动程序在内核drivers/mmc目录下。

内核MMC/SD驱动程序框架

内核drivers/mmc目录下有3个子目录：card/、core/和host/，这刚好表示了MMC/SD驱动程序的3个层次，层次结构如下图所示：

1. 区块层
   向文件系统层、用户空间提供文件操作的接口，主要文件是card/目录下的block.c，queue.c向它提供了几个函数来操作队列。
   区块层调用core/目录下的core.c、sysfs.c提供的接口来识别存储卡的分区、读写存储卡等功能。
2. 核心层
   核心层代码在core/目录下，它封装了MMC/SD命令，实现MMC/SD协议，它调用主机控制器层的接口完成存储卡的识别、设置、读写等。
   如上图所示，core.c文件由sd.c、mmc.c两个文件支撑，core.c把MMC卡、SD卡的共性抽象出来，它们的差别由sd.c和sd_ops.c、mmc.c和mmc_ops.c来完成。
   sysfs.c是MMC/SD驱动程序的sysfs文件系统的实现，它提供一些内核体系相关的函数来实现注册、调用驱动程序；在用户空间挂接sysfs文件系统后，可以从中看到MMC/SD的一些信息。
3. 主机控制器层
   核心层根据需要构造各种MMC/SD命令，这些命令是怎么发送给MMC/SD卡的？这通过主机控制器来实现。这层是架构相关的，里面针对各款CPU提供了一个文件，目前支持的CPU还很少。
   以即将移植的s3cmci.c为例，它首先进行一些底层设置，比如设置MMC/SD/SDIO控制器使用到的GPIO引脚、使能控制器、注册中断处理函数等，然后向上面的核心层增加一个主机（Host），这样核心层就可以调用s3cmci.c提供的函数来识别、使用具体存储卡了。
   在向核心层增加主机之前，s3cmci.c设置了一个mmc_host_ops结构，它实现了两个函数：发起访问请求的request函数，进行一些属性设置（时钟频率、数据线位宽）的set_ios函数。以后上层对存储卡的操作都是通过这两个函数来完成。

下面列出识别存储卡、区块层发起操作请求这两种情况下函数的主要调用关系，读者根据函数名称及所在文件，就可以了解到上面讲述的层次结构。
仍以即将移植的s3cmci.c为例：

1. 识别存储卡

   s3c2410sdi_probe(host/s3c2410mci.c)
        mmc_alloc_host(core/core.c)
            mmc_rescan(core/core.c)
                mmc_attach_sd(core/sd.c)(SD卡的入口点)//尝试识别SD卡
                    mmc_sd_init_card(core/sd.c)
                        mmc_all_send_cid(core/sd_ops.c)//读取存储卡的CID
                            mmc_wait_for_cmd(core/core.c)//发起并等待请求完成
                                mmc_start_request(core/core.c)
                                    host->ops->request(host, mrq);//host/s3cmci.c的s3cmci_requset
                        ...
                        mmc_switch_hs(sd.c)//设置为高速模式
                            mmc_set_timing(core.c)//设置时钟
                                mmc_set_ios(core.c)
                                    host->ops->set_ops(host,ios);//host/s3cmci.c的s3cmci_set_ios
                        ...
                mmc_attach_mmc(core/mmc.c)(MMC卡的入口点)//尝试识别MMC卡
                ...

2. 区块层发起操作请求

   mmc_blk_issue_req(block/block.c)
        mmc_wait_for_req(core/core.c)//发起并等待请求完成
            mmc_start_requst(core/core.c)
                host->ops->request(host,mrq);//host/s3cmci.c中的s3cmci_request

S3C2410/S3C2440的MMC/SD/SDIO控制器驱动程序移植

开发板上MMC/SD接口的连线如下图所示，nCD接到外部中断引脚EINT16，接上或拔下存储卡时会触发中断。

移植MMC/SD/SDIO控制器驱动程序分为3个步骤：打补丁、增加MMC/SD平台设备、修改主机控制器驱动程序以指定上图中的nCD中断。

1. 给内核打补丁
   内核中要增加对S3C2410/S3C2440的MMC/SD/SDIO控制器的支持，需要打补丁。以下6个patch：

   s3c_mci.patch
   s3c_mci_platform.patch
   s3cmci-dma-free.patch
   s3cmci-stop-fix.patch
   s3cmci-unfinished-write-fix.patch
   s3cmci_dbg.patch

   按照上述文件的次序，执行以下命令打上补丁。

   cd linux-2.6.22.6
   patch -p1 < s3c_mci.patch
   patch -p1 < s3c_mci_platform.patch
   patch -p1 < s3cmci-dma-free.patch
   patch -p1 < s3cmci-stop-fix.patch
   patch -p1 < s3cmci-unfinished-write-fix.patch
   patch -p1 < s3cmci_dbg.patch

   这些补丁修改或添加的文件有：

   drivers/mmc/host/Kconfig     //修改
   drivers/mmc/host/Makefile    //修改
   include/asm-arm/arch-s3c2410/regs-sdi.h  //修改
   include/asm-arm/arch-s3c2410/mci.h       //新增
   drivers/mmc/host/mmc_debug.c             //新增
   drivers/mmc/host/mmc_debug.h             //新增
   drivers/mmc/host/s3cmci.c                //新增
   drivers/mmc/host/s3cmci.h                //新增

   然后配置内核，增加MMC块设备驱动、s3c24xx的MMC/SD卡驱动，配置如下：

   Device Drivers --->
        <*> MMC/SD card support --->
            [*] MMC debugging
            <*> MMC block device driver
            <*> Samsung S3C SD/MMC Card Interface support

   配置后编译内核时，会发现MMC_ERR_DMA、MMC_ERR_BUSY、MMC_ERR_CANCLED这3个宏没有定义，在include/linux/mmc/core.c中增加以下3行：

   #define MMC_ERR_DMA 6
   #define MMC_ERR_BUSY 7
   #define MMC_ERR_CANCLED 8

2. 增加MMC/SDI平台设备
   drivers/mmc/s3cmci.c文件的入口函数为s3cmci_init，代码如下：

   static int __init s3cmci_init(void)
   {
        platform_driver_register(&s3cmci_driver_2410);
        platform_driver_register(&s3cmci_driver_2412);
        platform_driver_register(&s3cmci_driver_2440);
        return 0;
   }

   上述向内核注册3个平台驱动，本书关注的两个驱动如下：

   static struct platform_driver s3cmci_driver_2410 = {
        .driver.name = "s3c2410-sdi",
        .probe = s3cmci_probe_2410,
        .remove = s3cmci_remove,
        .suspend = s3cmci_suspend,
        .resume = s3cmci_resume,
   };
   ...
   static struct platform_driver s3cmci_driver_2440 = {
        .driver.name = "s3c2440-sdi",
        .probe = s3cmci_probe_2440,
        .remove = s3cmci_remove,
        .suspend = s3cmci_suspend,
        .resume = s3cmci_resume,
   };

   当发现名称为“s3c2410-sdi”或“s3c2440-sdi”的平台设备时，会调用其中的s3cmci_probe_2410或s3cmci_probe_2440函数来枚举MMC/SD设备。
   如上所述，要为MMC/SD驱动定义平台设备。在内核文件arch/arm/plat-s3c24xx/devs.c中，已经有一个平台设备的数据结构s3c_device_sdi（名称为“s3c2410-sdi”），只不过还没有使用它。
   现在仿照它在以下两个文件中分别增加s3c2410_device_sdi，s3c2440_device_sdi结构，并把它们加入到设备列表中（就是smdk2410_devices[]、smdk2440_devices[]数组）。
   ①修改arch/arm/mach-s3c2410/mach-smdk2410.c
   以下是修改的代码

   /*SDI*/
   static struct resource s3c2410_sdi_resource[] = {
        [0] = {
            .start = S3C2410_PA_SDI,
            .end = S3C2410_PA_SDI + S3C24XX_SZ_SDI - 1,
            .flag = IORESOURCE_MEM,
        },
        [1] = {
            .start = IRQ_SDI,
            .end = IRQ_SDI,
            .flag = IORESOURCE_IRQ,
        }
   };
   
   static struct platform_device s3c2410_device_sdi = {
        .nane = "s3c2410-sdi",
        .id = -1,
        .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c2410_sdi_resource),
        .resource = s3c2410_sdi_resource,
   };
   
   static struct platform_device *smdk2410_devices[] __initdata = {
        ...
        &s3c2410_device_sdi,
   };

   ②修改arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c

   /*SDI*/
   static struct resource s3c2440_sdi_resource[] = {
        [0] = {
            .start = S3C2410_PA_SDI,
            .end = S3C2410_PA_SDI + S3C24XX_SZ_SDI - 1,
            .flag = IORESOURCE_MEM,
        },
        [1] = {
            .start = IRQ_SDI,
            .end = IRQ_SDI,
            .flag = IORESOURCE_IRQ,
        }
   };
   
   static struct platform_device s3c2440_device_sdi = {
        .nane = "s3c2440-sdi",
        .id = -1,
        .num_resources = ARRAY_SIZE(s3c2440_sdi_resource),
        .resource = s3c2440_sdi_resource,
   };
   
   static struct platform_device *smdk2410_devices[] __initdata = {
        ...
        &s3c2440_device_sdi,
   };

   ③修改drivers/mmc/host/s3cmci.c，指定nCD中断。
   只要在s3cmci_def_pdata结构中修改gpio_detect成员即可，将它从0改为S3C2410_GPG8。修改后的代码如下：

   static struct s3c24xx_mci_pdata s3cmci_def_pdata = {
        .gpio_detect = S3C2410_GPG8,
        .set_power = NULL,
        .ocr_avail = MMC_VDD_32_33,
   };

   s3cmci.c中的函数会将GPG8引脚设置为外部中断EINT16，设置双边沿触发。现在可以编译内核了。

SD卡驱动程序测试

使用新编译的内核启动系统，可以看到如下信息：

s3c2440-sdi s3c2440-sdi: powered down
s3c2440-sdi s3c2440-sdi: initialisation done

如果接上SD卡，还可以看到类似下面的信息：

这表明已经识别出了SD卡，然后就可以使用fdisk工具来分区，使用mke2fs或mkdosfs来格式化设备了。
如果根文件系统中没有使用mdev机制，在使用之前要先创建设备节点（主设备号可以通过“cat /proc/devices”命令确定），mmcblk0表示整个SD卡，mmcblk0p1等表示上面的分区。

mknod /dev/mmcblk0 b 179 0
mknod /dev/mmcblk0p1 b 179 1
mknod /dev/mmcblk0p2 b 179 2
mknod /dev/mmcblk0p3 b 179 3
mknod /dev/mmcblk0p4 b 179 4

磁盘分区表

磁盘的分区形式表示形式有多种风格：BSD/SUN、IRIX/SGI、DOS。在DOS风格的分区表中，分区开始地址和大小是以两种不同的形式来存放的：以扇区数的绝对值来描述（占32位）和以柱面、磁头、扇区三个一组的形式（占10+8+6个位）来描述。前者编号从0开始；后者被称为C/H/S方式。
磁盘一个扇区大小为512字节，第一个扇区被称为主引导记录（MBR，Mater Boot Record）。MBR中偏移地址446-509处存放了分区表，每个表项为16字节，可以存放4个表项。MBR偏移地址中510、511处的数据为0x55、0xAA。
分布表项的数据结构如下（在include/linux/genhd.h中定义）：

struct partition {
	unsigned char boot_ind;		/*引导标志。4个分区中同时只能有一个分区是可引导的
                                    0x00：不从该分区引导操作系统
                                    0x08：从该分区引导操作系统
                                */
	unsigned char head;		    /*起始磁头*/
	unsigned char sector;		/* 起始扇区 */
	unsigned char cyl;		    /* 起始柱面 */
	unsigned char sys_ind;		/* 分区类型
                                    0x05：扩展分区
                                    0x06：FAT16
                                    0x83：Linux
                                */
	unsigned char end_head;		/* 结束磁头 */
	unsigned char end_sector;	/* 结束扇区 */
	unsigned char end_cyl;		/* 结束柱面 */
	unsigned int start_sect;	/* 分区起始物理扇区号（从0计数） */
	unsigned int nr_sects;		/* 分区占用的扇区数 */
} __attribute__((packed));

其中的head、sector、cyl、end_head、end_sector、end_cyl在Linux中不再使用，而是使用start_sect、nr_sects来定义一个分区的开始扇区和大小。
由于MBR中只有4个分区表项，所以一个磁盘最多可以有4个主分区。如果要划分更多的分区，那么这4个分区只可以用1个来作为扩展分区（表项中sys_ind等于0x05）。当创建一个扩展分区时，扩展分区表也被创建。扩展分区就像一个独立的磁盘驱动器，它有自己的分区表，在他里面又可以进一步划分最多4个分区，也可以划分一个扩展分区。扩展分区里面进一步划分出来的分区被称为逻辑分区，与主分区相对，扩展分区的分区表完全包含在扩展分区之内。