[笔记分享] [SD] 块设备驱动学习小结

Chipset: msm8926
OS: Android4.4
Kernel: 3.4.0

相关概念：

块设备与字符设备区别：

1. 以块传输，字符设备以字节为单位。
2. 有对应缓冲区。
3. 可以随机访问。可以不按传输顺序访问，比如访问的是1/10/3/2扇区，可以调整为1/2/3/10扇区。此设计是为了机械类块设备如硬盘设计的，对于SD/EMMC可以直接访问。

Struct block_device_operations:

[blkdev.h]

此struct和字符设备的file_operations类似。

需要关注的有open/release/ioctl/getgeo.
Ioctl: 块设备的请求通过此接口。
Getgeo: 根据块设备的信息填充hd_geometry, 里面包含磁头，扇区，柱面，俗称CHS。

Struct gendisk:

[genhd.h]

Major: 主设备号。
First_minor: 第一个次设备号。
Minors: 最大支持次设备号数。
Part_tbl: 分区信息。
Part0: 磁盘信息
Fops: 块设备操作函数集。
Queue: 请求队列，用户请求通过队列来处理。

Gendisk相关函数：
1. struct gendisk *alloc_disk(int minors)
分配struct gendisk，驱动不能自己分配，需要调用此接口才行。
Minors表示改磁盘最大能支持多少分区。
2. void add_disk(struct gendisk *disk)
注册disk，在驱动初始化完成之后调用。
3. void del_gendisk(struct gendisk *disk)
4. static inline void set_capacity(struct gendisk *disk, sector_t size)
设置disk容量，以扇区为单位。块设备最小寻址单位是扇区，最常见的是512bytes，还
有其他大小，对于内核，与块设备驱动交互的扇区都以512bytes为单位。
许多块设备一次能传输多个扇区。

Struct request:

[blkdev.h]


用request来表示一个等待I/O的请求。
Queuelist: 构成链表。
Q: 指向对应的queue。
__data_len: 要传送的扇区数。
_sector: 要传送的下个sector.
Bio: 请求的block io,里面包含具体的block信息。
Rq_disk: 对应disk设备.
Part: 对应磁盘。

Struct request_queue:

[blkdev.h]

此结构主要描述设备能够支持的请求类型，扇区大小，对齐要求等参数。
还包含了一个I/O调度器，选使用哪种调度算法来控制当前的I/O请求排列，相邻扇区合并等过程。不过对于SD/EMMC这类设备，就不用I/O调度器，直接现来现写。

相关接口：

1. struct request_queue *blk_init_queue(request_fn_proc *rfn, spinlock_t *lock)
   [blk-core.c]初始化请求队列， rfn为对应请求处理函数指针。
2. struct request_queue *blk_alloc_queue(gfp_t gfp_mask)
   [blk-core.c] sd/ram等这些随机访问的非机械设备，不需要复杂I/O调度，应使用此接口
   ，再调用blk_queue_make_request()将制造函数与队列绑定，这样就直接调用制造函数，而且不会调用请求函数了。
   可参考如下比较：
   

Struct bio:

一个bio对应一个I/O请求。此结构包含具体的I/O请求信息，如扇区索引，传送大小，读写标志等。
Bi_sector: 要传送的第一个sector。
Bi_rw: 读还是写。
Bi_io_vec: 包含对应传输的页，字节数以及偏移地址。

Struct bio_vec:

Gedisk/request/queue/bio/bio_vec关系图：

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注册/注销：

int register_blkdev(unsigned int major, const char *name)
此接口可选，以后可能会被移除，它只完成了两件事：
1. 分配一个主设备号。
2. 在/proc/devices下创建入口。

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不使用请求处理函数：

手机都是对sd/emmc这类随机访问设备操作，因此使用请求处理函数的方法就不阐述了。
在此模式下需要提供一个“制造函数”，类似于请求处理函数。
[blkdev.h]

虽然q参数还在，实际不包含任何请求。
核心是bio，处理完成之后使用bio_endio()通知处理结束。
[bio.c]

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Ramdisk举例：

Ramdisk是一种模拟磁盘，数据存在ram中，以块设备的方式访问，对应设备文件一般为/dev/ram%d。
我们来看看上面提到的这些关键数据是如何被使用到的。
[brd.c]

brd_init():

559: 调用register_blkdev()注册块设备，主设备号RAMDISK_MAJOR为1.
563: 分配brd，后面会看下它里面做了什么。
572: 在初始化完成之后将disk添加进去。

执行完register_blkdev()之后在/proc/devices下能看到：

执行完add_disk()之后能在/dev/block下看到ramx节点，总共有16个。

Note: /dev/下的节点和是udev监测sysfs里的设备而创建的。

/dev/block对应sysfs的创建是：
[genhd.c]

而ramx节点的创建对应的sysfs 执行code是：
[brd.c]

[genhd.c]

brd_alloc():

473: 分配request queue，且表示不是用I/O调度器。所以这里没使用请求处理函数的方法。
476: 对应的“制造函数”是brd_make_request().
483: 分配disk.
488: 表明对应的fops是brd_fops.
493: 设置disk的capacity.

brd_make_request():

344: 本次传输是读还是写。
349: 读或者写数据。
356: 结束读写。

314/318: 读写分别只是将数据copy到brd或者从brd的sector copy出来。

brd_fops:

399~403: 如果有被打开了，就将device相关的buffer/cache清理掉。

                                                    Kris.Fei                                                    2014/09/09