Kernel 中的 GPIO 定义和控制

一、概念

     General Purpose Input Output （通用输入/输出）简称为GPIO，或 总线扩展器。也就是芯片的引脚，当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能。通常在ARM里，所有I/O都是通用的，

每个GPIO端口包含8个管脚，如PA端口是PA0～PA7,而且GPIO口至少有两个寄存器，即"通用IO控制寄存器"与"通用IO数据寄存器"。数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流通方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立地加以设置。比如，可以设置某个引脚的属性为输入、输出或其他特殊功能。

常用的应该是：高阻输入、推挽输出、开漏输出。

通俗理解为 ：

高阻输入—— 保持高阻抗状态，彻底断开输出，避免干扰，对总线状态不起作用，此时总线可由其他器件占用。

推挽输出——可以输出高,低电平,连接数字器件。

开漏输出——输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行。

软件上就是通过设置IO口的模式，然后控制IO的上拉下拉，写入对应寄存器，通过寄存器控制电路：

上拉寄存器是控制对应端口上拉使能(DE)的。当对应位为0时，设置对应引脚上拉使能，为1时，禁止对应引脚上拉使能。如果上拉寄存器使能，无论引脚功能寄存器如何设置（输入，输出，数据，中断等），对应引脚输出高电平。

上拉是一个电阻接到一个电压，其实就是增强IO的驱动能力，IO口是高电平。
下拉是一个电阻接到地，保证IO口是低电平。

二、kernel层调用接口实现

GPIO操作，在Kernel 2.6.32版本以上提供了gpio口管理的库文件/kernel/drivers/gpio/gpiolib.c，里面就是我们需要的接口函数实现！

几个主要的方法：

申请一个pin脚作为gpio口，命名为 * label,如果经过判断空闲的 申请成功了做一些初始的bit位设置。

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)

struct gpio_desc *desc;

struct gpio_chip *chip;

int status = -EINVAL;

unsigned long flags;

spin_lock_irqsave( gpio_lock, flags);

if (test_and_set_bit(FLAG_REQUESTED, desc- flags) == 0)

}

释放这个gpio口，还原bit。

void gpio_free(unsigned gpio)

 unsigned long flags;

 struct gpio_desc *desc;

 struct gpio_chip *chip;


 /* Open drain pin should not be driven to 1 */

 if (value test_bit(FLAG_OPEN_DRAIN, desc- flags))

 return gpio_direction_input(gpio);

 status = chip- direction_output(chip, gpio, value);

}

其中的chip- direction_output(chip, gpio, value)为实现！

设置gpio口的值：

void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

 struct gpio_chip *chip;

 chip = gpio_to_chip(gpio);

 WARN_ON(chip- can_sleep);

 trace_gpio_value(gpio, 0, value);

 if (test_bit(FLAG_OPEN_DRAIN, gpio_desc[gpio].flags))

 _gpio_set_open_drain_value(gpio, chip, value);

 else if (test_bit(FLAG_OPEN_SOURCE, gpio_desc[gpio].flags))

 _gpio_set_open_source_value(gpio, chip, value);

 else

 chip- set(chip, gpio - chip- base, value);

}

获取gpio口的值：

int __gpio_get_value(unsigned gpio)

 struct gpio_chip *chip;

 int value;

 chip = gpio_to_chip(gpio);

 WARN_ON(chip- can_sleep);

 value = chip- get ? chip- get(chip, gpio - chip- base) : 0;

 trace_gpio_value(gpio, 1, value);

 return value;

}

 对于有些挂载在I2C，SPI总线上的扩展GPIO，读写操作可能会导致睡眠，因此不能在中断函数中
  使用。使用下面的函数以区别于正常的GPIO

 int gpio_get_value_cansleep(unsigned gpio);//读GPIO

 void gpio_set_value_cansleep(unsigned gpio, int value);//写GPIO

三、gpiolib.c关联芯片接口

以上为gpiolib.c的基本方法都是向下调用到对应芯片的gpio实现！

所以每个方法里面的实现都是通过 struct gpio_chip*chip 这个指针调用结构体中关联的相关接口！

下面是gplolib怎么关联到特定的芯片（mach-at91）的几个主要方法：

mach-at91的/kernel/arch/arm/mach-at91/gpio.c中的

static struct at91_gpio_chip gpio_chip[] = {

 AT91_GPIO_CHIP("A", 0x00 + PIN_BASE, 32),

 AT91_GPIO_CHIP("B", 0x20 + PIN_BASE, 32),

 AT91_GPIO_CHIP("C", 0x40 + PIN_BASE, 32),

 AT91_GPIO_CHIP("D", 0x60 + PIN_BASE, 32),

 AT91_GPIO_CHIP("E", 0x80 + PIN_BASE, 32),

gpiolib.c中的接口与mach-at91函数接口对应关系如下：

#define AT91_GPIO_CHIP(name, base_gpio, nr_gpio) \

 .chip = { \

 .label = name, \

 .direction_input = at91_gpiolib_direction_input, \

 .direction_output = at91_gpiolib_direction_output, \

 .get = at91_gpiolib_get, \

 .set = at91_gpiolib_set, \

 .dbg_show = at91_gpiolib_dbg_show, \

 .base = base_gpio, \

 .ngpio = nr_gpio, \

 }, \

 }

从上面可以看到 在gpiolib.c中的方法调用芯片（mach-at91）的映射关系：

比如：gpio_direction_output() 设置gpio口为输出模式中最终的实现调用chip- direction_output(chip, gpio, value)。

从上面可以看出来，也就是调用mach-at91的at91_gpiolib_direction_output()!

其它的类似。

gpiolib.c中的

int gpiochip_add(struct gpio_chip *chip)

 unsigned long flags;

 int status = 0;

 unsigned id;

 int base = chip- base;


static int at91_gpiolib_direction_output(struct gpio_chip *chip,

 unsigned offset, int val)

 struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip);

 void __iomem *pio = at91_gpio- regbase;

 unsigned mask = 1 offset;

 __raw_writel(mask, pio + (val ? PIO_SODR : PIO_CODR));

 __raw_writel(mask, pio + PIO_OER);

 return 0;

}

定义为输出模式，初始设置val 上拉还是下拉 ， 写入数据寄存器。

 

#define PIO_SODR 0x30 /* Set Output Data Register */

#define PIO_CODR 0x34 /* Clear Output Data Register */

#define PIO_ODR 0x14 /* Output Disable Register */

#define PIO_PDSR 0x3c /* Pin Data Status Register */

 

同样设置为输入：

 

static int at91_gpiolib_direction_input(struct gpio_chip *chip,

 unsigned offset)

 struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip);

 void __iomem *pio = at91_gpio- regbase;

 unsigned mask = 1 offset;

 __raw_writel(mask, pio + PIO_ODR);

 return 0;

}

 

 

设置GPIO口的value 值 0或者1,已经设置为输出模式下：

static void at91_gpiolib_set(struct gpio_chip *chip, unsigned offset, int val)

 struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip);

 void __iomem *pio = at91_gpio- regbase;

 unsigned mask = 1 offset;

 __raw_writel(mask, pio + (val ? PIO_SODR : PIO_CODR));

}

 

读寄存器获取该GPIO口的值：

 

static int at91_gpiolib_get(struct gpio_chip *chip, unsigned offset)

 struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip);

 void __iomem *pio = at91_gpio- regbase;

 unsigned mask = 1 offset;

 u32 pdsr;

 pdsr = __raw_readl(pio + PIO_PDSR);

 return (pdsr mask) != 0;

}

 

大体流程就这样了。

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