linux内核 GPIO操作

2023-08-18 09:00| 来源: 网络整理| 查看: 265

大概10年前学习过linux 内核，但当时的GPIO的操作简单粗暴，现在pin-ctrl gpio驱动 dts 一堆，搞得不知从何下手，折腾了好几天，做个笔记，免得忘记了又得重来。

一操作寄存器

根据芯片手册得到GPIO相关的寄存器地址（这里s5p6818为例）

//这是芯片手册里给出的真实物理地址 #define PHYS_BASE_GPIOA_OUTDAT (0xC001A000) // #define PHYS_BASE_GPIOA_OUTEN (0xC001A004) #define PHYS_BASE_GPIOA_PAD (0xC001A018) #define PHYS_BASE_GPIOA_FUNC0 (0xC001A020) #define PHYS_BASE_GPIOA_FUNC1 (0xC001A024)

物理地址不能直接操作需要用ioremap 处理：参数1 ：真实物理地址参数2 ：地址空间长度，以byte为单位，arm寄存器一般为32为，所以为4

void __iomem *gpioa_outdat_addr; void __iomem *gpioa_outen_addr; void __iomem *gpioa_pad_addr; void __iomem *gpioa_func0_addr; void __iomem *gpioa_func1_addr; gpioa_outdat_addr = ioremap(PHYS_BASE_GPIOA_OUTDAT,4); gpioa_outen_addr = ioremap(PHYS_BASE_GPIOA_OUTEN,4); gpioa_pad_addr = ioremap(PHYS_BASE_GPIOA_PAD,4); gpioa_func0_addr =ioremap(PHYS_BASE_GPIOA_FUNC0,4); gpioa_func1_addr =ioremap(PHYS_BASE_GPIOA_FUNC1,4);

得到的void __iomem * 值就可以用readl 读（地址可读），用writel 写（地址可写）

u32 data_en = readl(gpioa_outen_addr); data_en = 0x000FFFE2; writel(data_en,gpioa_outen_addr);

如何使用这些寄存器，看芯片手册用完后记得释放：

iounmap(gpioa_outdat_addr); iounmap(gpioa_outen_addr); iounmap(gpioa_pad_addr); iounmap(gpioa_func0_addr); iounmap(gpioa_func1_addr);

readl ，writel操作寄存器的速度很慢，在GPIO模拟时序时可能达不到速度要求，但其实寄存器读写速度是非常快的，只是这两个函数加入了一些安全措施。追求速度可以用： __raw_writel __raw_readl 这是两个内联函数，只做了地址取值和赋值：

static inline void __raw_writel(u32 value, volatile void __iomem *addr) { *(volatile u32 __force *)addr = value; } static inline u32 __raw_readl(const volatile void __iomem *addr) { return *(const volatile u32 __force *)addr; }

所以可以更直接的读写：

u32 data_en =*(const volatile u32 __force *)gpioa_outen_addr; data_en = 0x000FFFE2; *(volatile u32 __force *)gpioa_outen_addr = value;

这么做的弊端是在某些情况下，可能会被编译器优化掉，造成赋值不成功

二用linux gpio驱动

直接操作寄存器的优点是速度快，可同时操作多个gpio脚位，弊端是寄存器太多，设置值非常繁琐，上面的例子中操作一个GPIO 需要设置 5个寄存器，还要找对相应的bit位，一不小心就错了，可能一天的时间都耗费在位运算中。gpio 驱动的作用就体现出来了。 GPIO 操作API：

//申请GPIO，参数1：gpio 编号，参数2：gpio 名字（自定义） int gpio_request(unsigned gpio, const char *label) //释放GPIO ，参数1：gpio编号 void gpio_free(unsigned gpio) //设置GPIO为输出模式，同时将输出设为value //参数1：gpio编号，参数2：输出的值（0或1） static inline int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value) //设置GPIO为输入模式 static inline int gpio_direction_input(unsigned gpio) //判断gpio是否有效，就是判断gpio的编号是否在范围内 //比如soc的所有gpio编号是0～128，如果输入编号在此范围则认为有效 //返回值：true 为有效，false为无效。 static inline int gpio_is_valid(unsigned int gpio) //设置GPIO的状态，参数1：GPIO编号，参数2：设置的值（0或1） static inline void gpio_set_value(unsigned int gpio, int value) //获取GPIO的状态，参数1：GPIO编号 //返回值;GPIO 状态，0：GPIO低点位，1：GPIO高电位 static inline int gpio_get_value(unsigned int gpio)

GPIO编号跟soc的BSP有关，可以阅读相关代码获得。 s5p6818有5个GPIO口（A，B，C，D，E）每个口有32个引脚，总共160个，所以依次编号为0～159，（A0=0，A1=1------E31=159）这个编码规则应该是统一的，GPIO口的名字各芯片不一样，有些叫GPIO0 GPIO1------ gpio_request 的第二个参数是给申请到的gpio取个别名，自定义的，名字没什么要求，最好加一些前缀或后缀特异化，避免重复。

//这段代码将GPIOE_30 设置为输出模式并拉低，20us后再拉高 #define FPGA_POWER_GPIONUM 158 //GPIOE_30 //request PWOER GPIO if(gpio_request(FPGA_POWER_GPIONUM,"FPGA_POWER")){ gpio_direction_output(FPGA_POWER_GPIONUM,0); usleep(20); //因为已经设置为output模式，所以可以直接调用gpio_set_value //即使gpio为input模式也可以设置，只是不能作用到引脚 gpio_set_value(FPGA_POWER_GPIONUM,1); }

gpio_request 这个主要是判断有没有被其他模块占用，没有则注册，告诉GPIO系统我占用了，该函数如果失败，基本上就是有其他模块也用到了这个GPIO。这个问题在移植系统时非常常见，因为自己的板卡走线跟demo区别很大，用demo移植时经常会出现GPIO被占用，但是demo代码一般都是在dts中设置gpio脚，所以只要检查DTS哪里配置了这个脚就可以了。

三GPIO 中断

也是用GPIO驱动API来实现，直接操作寄存器太繁琐，不弄了，头发不多了！中断单独讲，因为它牵涉到中断API，（这个超纲了*_*）

//根据gpio编号得到irq编号 static inline int gpio_to_irq(unsigned int gpio) //使能中断，参数：irq编号 void enable_irq(unsigned int irq) //禁用中断，参数：irq编号 void disable_irq(unsigned int irq) // 申请中断 //参数1：中断号，参数2：中断处理函数，参数3：触发方式，参数4：中断名（自定义） //参数5：传递给中断处理函数的参数 //返回值：不为0表示失败。 static inline int __must_check request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev) //释放中断 //参数1 ：中断号，参数2 ：中断处理函数 void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)

gpio_to_irq 获得的中断号贯穿整个中断操作，输入参数就是上面提到的GPIO编号，前提是该GPIO能做中断引脚，这个跟soc有关，具体看芯片手册。 request_irq 的第二个参数是中断处理函数，其定义方式如下：

irqreturn_t bc_irq_handler(int irq, void *dev_id)

第一个参数就是中断号，不同的中断处理函数可以相同，具体是哪一个中断就用中断号来区分。第二个参数及request_irq 的最后一个参数。

以下代码是将gpioa-20引脚设置为中断模式，下降沿触发，处理函数为bc_irq_handler，中断处理函数中打印出函数名及中断号。

irqreturn_t bc_irq_handler(int irq, void *dev_id){ printk("%s %d\n",__func__,irq); } #define FPGA_B_INT 20 // gpioa-20 intrupt int b_irq = gpio_to_irq(FPGA_B_INT); ret = request_irq(g_privdat->b_irq,bc_irq_handler,IRQF_TRIGGER_FALLING,"B int",NULL); if(ret){ printk("request_irq error: %d\n",b_irq); return; } enable_irq(b_irq); 四 gpio与dts

这一节也超纲了，会涉及到DTS（设备树），但是主要还是列举一些API的用法，不会深入解释。头发还够的话，再写DTS的笔记。

简单说一下dts note 与代码的对应关系。每一个dts note 都有一个compatible 字段，如下列dts note描述：

// bt_bcm { compatible = "bluetooth-platdata"; uart_rts_gpios = ; uart_cts_gpios = ; pinctrl-names = "default", "rts_gpio"; pinctrl-0 = ; pinctrl-1 = ; reset-gpios = ; wake-gpios = ; status = "okay"; };

compatible是自己定义的，它与驱动一一对应

static struct of_device_id bt_platdata_of_match[] = { { .compatible = "bluetooth-platdata" }, { } };

驱动中定义上面的结构体，并注册到系统中，那么系统就会匹配dts note 和驱动，并调用驱动中的probe函数:

static int rfkill_rk_probe(struct platform_device *pdev){ ...... }

probe函数的输入参数platform_device 结构体中有 pdev->dev->of_node 及dts的note内容从note中获取gpio的两种方法：

//参数1 ：对应的probe 函数输入参数下的pdev->dev->of_node //参数2 ：note 中GPIO 列表的字段名 //参数3 ：要取的gpio在列表中的下标 //参数4：gpio默认电位值 //返回值：GPIO编号 int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np, const char *list_name, int index, enum of_gpio_flags *flags) //参数1：probe函数输入参数中的设备结构体pdev->dev //参数2：note中的字段名 //参数3：要将gpio设置为何种状态 //返回值：gpio_desc 结构体，该结构体是对GPIO编号的包装。 struct gpio_desc *__must_check devm_gpiod_get_optional(struct device *dev, const char *con_id, enum gpiod_flags flags)

示例：第一种：

enum of_gpio_flags flags; gpio = of_get_named_gpio_flags(node, "reset_gpios", 0, &flags);

note不用解释了， “BT,reset_gpio” 及note中的字段，上面的note示例中可以看到。 0表示所在列表的下标。这里解释一下，设置GPIO的字段其实是一个数组，这里的 "reset_gpios"数组中只设置了一个GPIO reset_gpios = ; 它可以填充多个gpio：

reset_gpios = ; //index=2

这种情况就可以通过index 获取对应的gpio 编号了。 flags 是输出参数，对应GPIO_ACTIVE_HIGH

第二种;

struct gpio_desc *bt_reset; bt_reset = devm_gpiod_get_optional(&pdev->dev, "reset", GPIOD_OUT_LOW);

这种方法与第一种区别比较大,两种方法获取的是同一个gpio: 1 但是第二个参数代入名称并不一样，这是因为devm_gpiod_get_optional会对名称补全，即他会搜索reset-gpios; 2没有代入参数index，默认获取的是index 0 ，所以不能处理多个gpio设置的情况 3 第三个参数是输入，它将把gpio设置为该状态，而不是获取DTS中设置的状态，就是说它忽略了DTS中对引脚状态的配置。 4 返回值是gpio_desc 结构体而不是GPIO编号。这个结构体是与对应的GPIO绑定的，及第一种方法获取的GPIO编号与这里获取的gpio_desc指向的是同一个GPIO脚

gpio_desc 结构体是用另外一组api设置：

int gpiod_request(struct gpio_desc *desc, const char *label) void gpiod_set_value(struct gpio_desc *desc, int value) int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc) int gpiod_direction_input(struct gpio_desc *desc) int gpiod_direction_output(struct gpio_desc *desc, int value)

它与第二节中的方法不同就在函数名多了一个‘d’，输入的GPIO编号改为了gpio_desc结构体

关于GPIO的API还有很多，这里记录了一些常用的。

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