SD NAND Linux设备驱动开发指南

介绍一下 SD NAND 在 Linux 下的设备驱动。

一、SD NAND 简介

SD NAND（也称为贴片式 SD 卡）是一种：

• 封装形式：BGA 封装，直接贴片焊接在 PCB 上

• 接口：完全兼容 SD 2.0/3.0 协议

• 内部结构 = NAND Flash + SD 控制器 + 坏块管理 + 磨损均衡

二、Linux 驱动架构

1. 驱动层次结构

用户空间
    ↓
块设备层 (/dev/mmcblk0)
    ↓
MMC 子系统 (drivers/mmc/)
    ↓
SD NAND 设备

2. 关键驱动组件

// 1. MMC 主机控制器驱动
drivers/mmc/host/     // 如 sdhci, dw_mmc 等

// 2. MMC 核心层
drivers/mmc/core/
    - core.c          // 核心功能
    - block.c         // 块设备接口
    - sd.c            // SD 协议处理

// 3. SD NAND 识别
drivers/mmc/core/sd.c 中的识别逻辑

三、设备树配置示例

// 以 Allwinner 平台为例
&mmc0 {
    compatible = "allwinner,sun50i-h5-mmc";
    reg = <0x1c0f000 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 60 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&ccu CLK_BUS_MMC0>, <&ccu CLK_MMC0>;
    clock-names = "ahb", "mmc";
    resets = <&ccu RST_BUS_MMC0>;
    reset-names = "ahb";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&mmc0_pins>;
    vmmc-supply = <&reg_vcc3v3>;
    bus-width = <4>;
    status = "okay";
    
    // SD NAND 特定参数
    max-frequency = <50000000>;
    non-removable;
    disable-wp;
    cap-sd-highspeed;
    cap-mmc-highspeed;
};

四、驱动加载与调试

1. 内核配置

# 确保启用 MMC 支持
CONFIG_MMC=y
CONFIG_MMC_BLOCK=y
CONFIG_MMC_SDHCI=y
CONFIG_MMC_DW=y  # DesignWare MMC 控制器

2. 查看设备信息

# 查看识别到的 SD NAND
dmesg | grep mmc
# 输出示例：
# mmc0: new high speed SDHC card at address 1234
# mmcblk0: mmc0:1234 SA08G 7.40 GiB

# 查看分区
ls /dev/mmcblk*
# /dev/mmcblk0  /dev/mmcblk0p1  /dev/mmcblk0p2

# 查看详细信息
cat /sys/block/mmcblk0/device/{cid,csd,manfid,date}

3. 调试技巧

# 启用调试信息
echo 8 > /proc/sys/kernel/printk
echo "file sd.c +p" > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control

# 查看 MMC 调试信息
cat /sys/kernel/debug/mmc0/ios
# clock: 50000000 Hz
# vdd: 21 (3.3 ~ 3.4 V)
# bus mode: 2 (push-pull)
# chip select: 0 (don't care)
# power mode: 2 (on)
# bus width: 2 (4 bits)

五、常见问题与解决

1. 识别失败

# 检查电压配置
# SD NAND 通常需要 3.3V，部分支持 1.8V

# 调整时序参数（设备树中）
mmc0: sd-uhs-sdr12; sd-uhs-sdr25; sd-uhs-sdr50;

2. 性能优化

// 在驱动中调整
static struct mmc_host_ops my_ops = {
    .request = my_request,
    .set_ios = my_set_ios,
    .get_ro = my_get_ro,
    .get_cd = my_get_cd,
    .enable_sdio_irq = my_enable_irq,
};

// 启用 DMA
host->caps |= MMC_CAP_4_BIT_DATA | MMC_CAP_SD_HIGHSPEED;

三、读写性能测试

# 1. 测试写入速度
dd if=/dev/zero of=/mnt/sdnand/test bs=1M count=100 conv=fsync

# 2. 测试读取速度
dd if=/mnt/sdnand/test of=/dev/null bs=1M count=100

# 3. 使用 fio 详细测试
fio --name=randwrite --ioengine=libaio --iodepth=32
    --rw=randwrite --bs=4k --direct=1 --size=256M
    --numjobs=4 --runtime=60 --group_reporting

六、制作文件系统

# 1. 分区
fdisk /dev/mmcblk0
# 创建两个分区：p1(FAT32) + p2(ext4)

# 2. 格式化
mkfs.vfat /dev/mmcblk0p1
mkfs.ext4 /dev/mmcblk0p2

# 3. 挂载
mount /dev/mmcblk0p2 /mnt/sdnand

# 4. 配置 fstab 自动挂载
echo "/dev/mmcblk0p2 /mnt/sdnand ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab

七、功耗管理

// 在驱动中添加电源管理
static const struct dev_pm_ops sdhci_pm_ops = {
    .suspend = sdhci_suspend,
    .resume = sdhci_resume,
    .runtime_suspend = sdhci_runtime_suspend,
    .runtime_resume = sdhci_runtime_resume,
};

// 设置电源状态
mmc_power_save_host(host);
mmc_power_restore_host(host);

八、厂商特定驱动

某些 SD NAND 可能需要特殊初始化：

// 示例：发送特定 CMD 序列
static int sdnand_vendor_init(struct mmc_host *host)
{
    struct mmc_command cmd = {0};
    
    // 特殊初始化命令
    cmd.opcode = 62;  // 厂商自定义命令
    cmd.arg = 0xEFAC62;
    cmd.flags = MMC_RSP_R1 | MMC_CMD_AC;
    
    return mmc_wait_for_cmd(host, &cmd, 0);
}

九、开发建议

1. 参考现有驱动：

• drivers/mmc/host/sdhci-of-arasan.c

• drivers/mmc/host/dw_mmc.c

2. 使用设备树配置参数，避免修改代码

3. 注意时序：不同厂商的 SD NAND 可能需要不同的 setup/hold 时间

4. 错误处理：SD NAND 可能返回不同的错误码，需要完善错误恢复机制

5. 考虑兼容性：有些 SD NAND 在识别时需要特殊电压序列

十、资源推荐

1. 内核文档：

• Documentation/mmc/

• Documentation/devicetree/bindings/mmc/

2. 工具：

• mmc-utils：用户空间 MMC 工具

• stressapptest：压力测试

3. 调试工具：

• 逻辑分析仪（抓 SD 总线波形）

• mmc debugfs 接口

这样你就可以为 SD NAND 开发或调试 Linux 驱动了。

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