SCSI子系统基础学习笔记 （之UFS子系统） - 3. UFS命令处理
目录
- 1. 前言
- 2. scsi_queue_rq
- |- -ufshcd_queuecommand
- 3. ufshcd_intr
1. 前言
本专题我们开始学习SCSI子系统的相关内容。本专题主要参考了《存储技术原理分析》、ULA、ULK的相关内容。本专题主要以硬件UFS为例，记录SCSI子系统的框架流程。
前面主要讲述了UFS的初始化过程，通过ufshcd_pltfrm_init负责获取IO资源，中断号，通过scsi_host_alloc为Scsi_host及私有数据空间hba分配空间，同时通过解析DTS中的属性值初始化hba相关成员，最后通过ufshcd_init对ufs controller进行初始化，并ufshcd_async_scan对链接的ufs device进行扫描。主要通过探测ufs device是否链接，如果探测到ufs device则检测是否ufs device已经ready，获取host和device都能支持的传输速率，最后扫描well known lun和normal lun。
在如上的初始化完毕之后，就可以对ufs设备进行io操作了，上层的的IO操作将最终转换为对底层UFS的命令处理，本节将介绍UFS命令处理的相关流程。
kernel版本：5.10
平台：arm64
注：
为方便阅读，正文标题采用分级结构标识，每一级用一个"-“表示，如：两级为”|- -", 三级为”|- - -“
2. scsi_queue_rq
参考 block多队列分析 - 3. 读文件过程 的分析，我们知道通过文件系统读取块设备上的文件时，经历了如下的流程（以ext4, nullb为例）：
vfs_read -> new_sync_read -> ext4_file_read_iter -> generic_file_read_iter -> generic_file_buffered_read -> page_cache_async_readahead -> page_cache_async_ra -> ondemand_readahead -> do_page_cache_ra -> page_cache_ra_unbounded -> read_pages -> blk_finish_plug -> blk_flush_plug_list -> blk_mq_flush_plug_list -> blk_mq_sched_insert_requests -> blk_mq_run_hw_queue -> __blk_mq_delay_run_hw_queue -> blk_mq_run_work_fn -> __blk_mq_run_hw_queue -> blk_mq_dispatch_rq_list -> q->mq_ops->queue_rq
对于此处的q->mq_ops->queue_rq，通过ufs_qcom_probe -> ufshcd_init -> scsi_add_host -> scsi_mq_setup_tags可知：
tag_set->ops = &scsi_mq_ops;
而在ufs_qcom_probe -> ufshcd_init -> blk_mq_init_queue -> blk_mq_init_allocated_queue中：
q->mq_ops = set->ops;
由此可知，q->mq_ops就是scsi_mq_ops，q->mq_ops->queue_rq就是scsi_queue_rq
static blk_status_t scsi_queue_rq(struct blk_mq_hw_ctx *hctx,const struct blk_mq_queue_data *bd)|--struct request *req = bd->rq;| struct request_queue *q = req->q;| struct scsi_device *sdev = q->queuedata;| struct Scsi_Host *shost = sdev->host;| struct scsi_cmnd *cmd = blk_mq_rq_to_pdu(req)|--scsi_set_resid(cmd, 0);|--memset(cmd->sense_buffer, 0, SCSI_SENSE_BUFFERSIZE);|--cmd->scsi_done = scsi_mq_done;|--blk_mq_start_request(req);| |--blk_add_timer(rq);| //Dispatch a command to the low-level driver|--reason = scsi_dispatch_cmd(cmd) |--struct Scsi_Host *host = cmd->device->host;|--if (cmd->device->lun_in_cdb)| cmd->cmnd[1] = (cmd->cmnd[1] & 0x1f) | (cmd->device->lun << 5 & 0xe0);|--host->hostt->queuecommand(host, cmd);
当scsi_dispatch_cmd进行命令分发的时候，最终会调用到host->hostt->queuecommand(host, cmd)回调函数。这个回调函数的参数host为scsi_host，cmd为scsi_cmd，他将传递给更下层的ufs层去执行，UFS层对应的queuecommand回调函数为ufshcd_queuecommand，它定义了tatic struct scsi_host_template ufshcd_driver_template模板中，通过ufshcd_alloc_host->scsi_host_alloc赋值给shost->hostt
|- -ufshcd_queuecommand
static int ufshcd_queuecommand(struct Scsi_Host *host, struct scsi_cmnd *cmd)|--struct ufshcd_lrb *lrbp;| hba = shost_priv(host);| tag = cmd->request->tag;|--err = ufshcd_hold(hba, true);|--lrbp = &hba->lrb[tag];| lrbp->cmd = cmd;| lrbp->sense_bufflen = UFS_SENSE_SIZE;| lrbp->sense_buffer = cmd->sense_buffer;| lrbp->task_tag = tag;| lrbp->lun = ufshcd_scsi_to_upiu_lun(cmd->device->lun);| lrbp->intr_cmd = !ufshcd_is_intr_aggr_allowed(hba) ? true : false;|--ufshcd_prepare_lrbp_crypto(cmd->request, lrbp);|--ufshcd_comp_scsi_upiu(hba, lrbp)|--ufshcd_map_sg(hba, lrbp)|--ufshcd_send_command(hba, tag);|--scsi_dma_unmap(lrbp->cmd);|--if (!err)cmd->scsi_done(cmd);
ufshcd_comp_scsi_upiu(hba, lrbp)
主要根据scsi的命令来组合出ufs的upiu，在之前会用scsi command初始化struct ufshcd_lrb的相关信息，包括cmd, sense_buffer的长度，来自scsi cmd的sense_buffer的地址，task tag, lun number,等，因此也就可以通过ufshcd_lrb来组合出ufs upiu了。
(1)通过调用ufshcd_prepare_req_desc_hdr来准备upiu header；
(2)通过调用ufshcd_prepare_utp_scsi_cmd_upiu来组装upiu正文ufshcd_map_sg(hba, lrbp)
(1) prd_table = (struct ufshcd_sg_entry *)lrbp->ucd_prdt_ptr
(2) 将scsi cmd传递的segment地址、大小等初始化给prd_tableufshcd_send_command(hba, tag)
主要通过ufshcd_writel(hba, 1 << task_tag, REG_UTP_TRANSFER_REQ_DOOR_BELL)，告知host task_tag对应的upiu已经ready，可以发送给device
3. ufshcd_intr
UFS在初始化的时候通过调用devm_request_irq来申请中断，中断处理函数为ufshcd_intr，有几种情况下可以触发中断：UIC层命令完成，UFS command upiu或ufs query upiu完成，以及ufs task managment upiu完成均可触发中断，如上的UFS command upiu执行完成也会触发中断。
static irqreturn_t ufshcd_intr(int irq, void *__hba) |--u32 intr_status, enabled_intr_status = 0;| irqreturn_t retval = IRQ_NONE;| struct ufs_hba *hba = __hba;| int retries = hba->nutrs;|--intr_status = ufshcd_readl(hba, REG_INTERRUPT_STATUS);|--while (intr_status && retries--) enabled_intr_status = intr_status & ufshcd_readl(hba, REG_INTERRUPT_ENABLE);if (intr_status)ufshcd_writel(hba, intr_status, REG_INTERRUPT_STATUS);if (enabled_intr_status)retval |= ufshcd_sl_intr(hba, enabled_intr_status);intr_status = ufshcd_readl(hba, REG_INTERRUPT_STATUS);
实际的中断例程处理位于ufshcd_sl_intr
//Interrupt service routine
static irqreturn_t ufshcd_sl_intr(struct ufs_hba *hba, u32 intr_status)|--irqreturn_t retval = IRQ_NONE;|--if (ufshcd_is_auto_hibern8_error(hba, intr_status)) | hba->errors |= (UFSHCD_UIC_HIBERN8_MASK & intr_status);|--if (hba->errors)| retval |= ufshcd_check_errors(hba);|--if (intr_status & UFSHCD_UIC_MASK)| retval |= ufshcd_uic_cmd_compl(hba, intr_status);|--if (intr_status & UTP_TASK_REQ_COMPL)| retval |= ufshcd_tmc_handler(hba);|--if (intr_status & UTP_TRANSFER_REQ_COMPL) retval |= ufshcd_transfer_req_compl(hba);
此处以transfer request为例说明中断的处理过程
//handle SCSI and query command completion
static irqreturn_t ufshcd_transfer_req_compl(struct ufs_hba *hba)|--tr_doorbell = ufshcd_readl(hba, REG_UTP_TRANSFER_REQ_DOOR_BELL);| //outstanding_reqs表示正在处理的bit标志|--completed_reqs = tr_doorbell ^ hba->outstanding_reqs; |--if (completed_reqs)| __ufshcd_transfer_req_compl(hba, completed_reqs);| return IRQ_HANDLED;| else | return IRQ_NONE;
//handle SCSI and query command completion
static void __ufshcd_transfer_req_compl(struct ufs_hba *hba, unsigned long completed_reqs)|--struct ufshcd_lrb *lrbp;| struct scsi_cmnd *cmd;|--for_each_set_bit(index, &completed_reqs, hba->nutrs)| lrbp = &hba->lrb[index];| lrbp->compl_time_stamp = ktime_get();| cmd = lrbp->cmd;| if (cmd)| result = ufshcd_transfer_rsp_status(hba, lrbp);| cmd->result = result;| cmd->scsi_done(cmd);| else if (lrbp->command_type == UTP_CMD_TYPE_DEV_MANAGE || | lrbp->command_type == UTP_CMD_TYPE_UFS_STORAGE)| if (hba->dev_cmd.complete)| complete(hba->dev_cmd.complete);|| if (ufshcd_is_clkscaling_supported(hba))| hba->clk_scaling.active_reqs--;|--hba->outstanding_reqs ^= completed_reqs|--ufshcd_clk_scaling_update_busy(hba)
当检测到状态为UTP_TRANSFER_REQ_COMPL时会执行ufshcd_transfer_req_compl
cmd->scsi_done
通过调用.cmd->scsi_done来raise软中断。通过前面的scsi_queue_rq分析可知，此处的cmd->scsi_done回调就是scsi_mq_done
static void scsi_mq_done(struct scsi_cmnd *cmd)|--blk_mq_complete_request(cmd->request);|--if (!blk_mq_complete_request_remote(rq))rq->q->mq_ops->complete(rq);|--scsi_softirq_done(rq)
rq->q->mq_ops->complete(rq);的初始化可以参考scsi_queue_rq，可知rq->q->mq_ops->complete就是scsi_softirq_done
static void scsi_softirq_done(struct request *rq)|--struct scsi_cmnd *cmd = blk_mq_rq_to_pdu(rq);| INIT_LIST_HEAD(&cmd->eh_entry);| atomic_inc(&cmd->device->iodone_cnt);| disposition = scsi_decide_disposition(cmd); |--switch (disposition) {case SUCCESS:scsi_finish_command(cmd);break;case NEEDS_RETRY:scsi_queue_insert(cmd, SCSI_MLQUEUE_EH_RETRY);break;case ADD_TO_MLQUEUE:scsi_queue_insert(cmd, SCSI_MLQUEUE_DEVICE_BUSY);break;default:scsi_eh_scmd_add(cmd);break;}
scsi_decide_disposition：对命令进行处置，主要根据命令执行的状态分别作出不同的处理，返回成功，失败或重新加入队列；此处将以返回成功为例。
//cleanup and pass command back to upper layer
void scsi_finish_command(struct scsi_cmnd *cmd)|--struct scsi_device *sdev = cmd->device;| struct scsi_target *starget = scsi_target(sdev);| struct Scsi_Host *shost = sdev->host;| struct scsi_driver *drv;| unsigned int good_bytes;|--if (SCSI_SENSE_VALID(cmd))| cmd->result |= (DRIVER_SENSE << 24);|--good_bytes = scsi_bufflen(cmd);|--scsi_io_completion(cmd, good_bytes);
void scsi_io_completion(struct scsi_cmnd *cmd, unsigned int good_bytes)|--int result = cmd->result;| struct request_queue *q = cmd->device->request_queue;| struct request *req = cmd->request;| blk_status_t blk_stat = BLK_STS_OK|--if (likely(blk_rq_bytes(req) > 0 || blk_stat == BLK_STS_OK))| if (likely(!scsi_end_request(req, blk_stat, good_bytes)))| return;|--if (likely(result == 0))scsi_io_completion_reprep(cmd, q);elsescsi_io_completion_action(cmd, result);
static bool scsi_end_request(struct request *req, blk_status_t error,unsigned int bytes)|--struct scsi_cmnd *cmd = blk_mq_rq_to_pdu(req);| struct scsi_device *sdev = cmd->device;| struct request_queue *q = sdev->request_queue;|--if (blk_update_request(req, error, bytes))| return true;|--scsi_mq_uninit_cmd(cmd);|--percpu_ref_get(&q->q_usage_counter);|--__blk_mq_end_request(req, error)|--scsi_run_queue_async(sdev)
bool blk_update_request(struct request *req, blk_status_t error,unsigned int nr_bytes) |--while (req->bio)struct bio *bio = req->bio;unsigned bio_bytes = min(bio->bi_iter.bi_size, nr_bytes);if (bio_bytes == bio->bi_iter.bi_size)req->bio = bio->bi_next;bio_clear_flag(bio, BIO_TRACE_COMPLETION)req_bio_endio(req, bio, bio_bytes, error)total_bytes += bio_bytes;nr_bytes -= bio_bytes;if (!nr_bytes)break
static void req_bio_endio(struct request *rq, struct bio *bio,unsigned int nbytes, blk_status_t error) |--if (bio->bi_iter.bi_size == 0 && !(rq->rq_flags & RQF_FLUSH_SEQ))bio_endio(bio);|--if (bio->bi_disk)| rq_qos_done_bio(bio->bi_disk->queue, bio);|--blk_throtl_bio_endio(bio)|--bio_uninit(bio);|--if (bio->bi_end_io)bio->bi_end_io(bio)
bio->bi_end_io回调来唤醒当前阻塞的进程
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