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第四十六章 M.2硬盤驅動實驗

M.2 硬盤，也被稱為 M.2 SSD（Solid-State Drive），是一種高性能的存儲設備，它采用 M.2 接口標準連接到計算機的主板上。M.2 硬盤具有許多優點，包括高速讀寫性能、小型尺寸、低功耗和可靠性。現在的計算機普通都有M.2接口，一般使用的協議都是PCIe。有的支持PCIe 2.0、PCIe 3.0甚至PCIe 4.0。PCIe 3.0 相對于 PCIe 2.0 提供了更高的帶寬和性能，適用于需要高速數據傳輸的應用，如圖形卡和高性能存儲。ATK-DLRK3568底板有一路M.2接口使用的是PCIe 3.0總線，支持PCIe 3.0，本章我們來使用PCIe3.0驅動M.2硬盤。

46.1 M.2接口簡介
M.2 接口是一種物理接口標準，它可以支持多種不同的通信協議，包括 PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）、SATA（Serial Advanced Technology Attachment）、USB（Universal Serial Bus）等。因此，M.2 接口的速度和性能取決于所使用的通信協議和硬件實現。M.2 接口可以支持 PCIe 3.0，這是一種高速的數據傳輸協議，通常用于連接圖形卡、固態硬盤（SSD）以及其他需要高帶寬的設備。
M.2 插槽有不同的物理尺寸，包括 2242、2260、2280 和 22110 等。這些數字表示了插槽的長度和寬度。不同尺寸的插槽可容納不同尺寸的 M.2 模塊，以適應各種設備。正點原子的ATK-DLRK3

568開發板接口采用的是2280規格，詳細請參考07、硬件資料05、板載連接器規格參考15、M.2座子下的文檔說明。
ATK-DLRK3568底板M.2接口如下圖圖46.1.1，支持PCIe3.0。注意，5G模塊接口也是用的M.2接口使用的是USB協議，兩個座子的規格一樣。

圖46.1.1 M.2座子
46.2 RK3568 PCIE3.0簡介
RK3568芯片擁有一個PCIe3.0 x2 Lane Dual Mode控制器，一個PCIe3.0 x1 Lane RC Mode控制器，一個PCIe3.0 x2 Lane PHY。PCIe3.0 x2 Lane Dual Mode控制器和PCIe3.0 x1 Lane RC Mode控制器都連接到PCIe3.0 x2 Lane PHY。連接示意圖如下圖46.2.1。

圖46.2.1 PCIe3.0控制器/PCIe3.0 PHY框圖
由上可知，兩個控制器連接同一個PHY，這里我們先了解一下，因為后面設備樹會用這部分知識。
46.3 硬件原理圖
原理圖如下圖46.3.1，與SATA硬盤驅動實驗章節一樣，PCIE也屬于專用IO，只需要啟用對應的控制器，IO會復用成相應模式。下圖我們只需要配置PCIE30X2全局復位IO即可。可以看到復位IO是GPIO2_PD6。

圖46.3.1底板M.2硬盤接口原理圖
46.4實驗程序編寫
46.4.1 修改設備樹
前面說過PCIe所用的引腳屬于專用引腳，只需要啟用對應的控制器，對應的引腳將被設置成對應的模式。如PCIE30X2_WAKEn_M1（喚醒輸入）引腳，參考08、RK官方文檔01、LinuxRK356XDatasheet Rockchip_RK3568_Datasheet_V1.1-20210305.pdf可知這個引腳可以復用為LCDC_D5/VOP_BT656_D5_M0/SPI2_CS0_M1/PCIE30X2_WAKEn_M1/I2S1_SDI2_M2/GPIO2_D5_d模式。在設備樹里我們啟用pcie3x2及pcie30phy控制器節點，查看rk3568-atk-evb1-ddr4-v10.dtsi，可以看到以下內容：
示例代碼46.4.1 啟用pcie30py控制器和pcie3x2節點
738 &pcie30phy {

739         status = "okay";740 };741 742 &pcie3x2 {743         //pinctrl-names = "default";744         //pinctrl-0 = <&pcie30x2m1_pins>;745         reset-gpios = <&gpio2 RK_PD6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;746         vpcie3v3-supply = <&vcc3v3_pcie>;747         status = "okay";748 };
746~744，看到pinmux被注釋，我們不用配置，啟用對應的控制器即可。

第746行，reset-gpios的管腳為GPIO2_D6。
再打開rk3568.dtsi查看如下內容。
示例代碼46.4.2 兩控制器連接到一個PHY
1 pcie3x1: pcie@fe270000 {
2 compatible = “rockchip,rk3568-pcie”, “snps,dw-pcie”;
3 #address-cells = <3>;
4 #size-cells = <2>;
5 bus-range = <0x10 0x1f>;
…
29 msi-map = <0x1000 &its 0x1000 0x1000>;
30 num-lanes = <1>;
31 phys = <&pcie30phy>;
32 phy-names = “pcie-phy”;
33 power-domains = <&power RK3568_PD_PIPE>;
…
53 };
54
55 pcie3x2: pcie@fe280000 {
56 compatible = “rockchip,rk3568-pcie”, “snps,dw-pcie”;
57 #address-cells = <3>;
58 #size-cells = <2>;
59 bus-range = <0x20 0x2f>;
…
83 msi-map = <0x2000 &its 0x2000 0x1000>;
84 num-lanes = <2>;
85 phys = <&pcie30phy>;
86 phy-names = “pcie-phy”;
…
94 reg-names = “pcie-dbi”, “pcie-apb”;
95 resets = <&cru SRST_PCIE30X2_POWERUP>;
96 reset-names = “pipe”;
97 /* rockchip,bifurcation; lane0 when using 1+1 /
98 status = “disabled”;
99
…
107 };
第31和85行可知pcie3x1和pcie3x2連接到同一個pcie30phy，正點原子ATK-DLRK3568M.2接口使用的是2通道的PCIE接口，也就是pcie3x2。
46.4.2 運行測試
ATK-DLRK3568 linux默認就支持M.2接口硬盤。無需我們重新修改設備樹。直接在出廠的Linux buildroot系統上測試M.2硬盤是否支持。
測試方法與45.3.2一樣，只是M.2硬盤設備節點變成了/dev/nvme0n1p。這里我們就不重復寫測試方法了。