Linux下GPIO驱动详解文章

打算跟着友善之臂的《mini2440 Linux移植开发指南》见 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-06/37904.htm 来做个LED驱动，虽然LED的原理简单得不能再简单了，但是要把kernel中针对于s3c24**的GPIO的一些数据结构，还有函数搞清楚也不是那么轻松的事，所以本文主要简单地说明下LED驱动中的相关数据结构以及函数/宏的定义，并对驱动加以验证*************************************************************************** 注意：在/arch/arm/mach-s3c2410/include/mach/gpio-fns.h源代码中有如下说明： 16/* These functions are in the to-be-removed category and it is strongly
17 * encouraged not to use these in new code. They will be marked deprecated
18 * very soon.
19 *
20 * Most of the functionality can be either replaced by the gpiocfg calls
21 * for the s3c platform or by the generic GPIOlib API.
22 *
23 * As of 2.6.35-rc, these will be removed, with the few drivers using them
24 * either replaced or given a wrapper until the calls can be removed.
25*/
该头文件包括：static inline void s3c2410_gpio_cfgpin（unsigned int pin, unsigned int cfg）该函数直接使用linux/arch/arm/plat-s3c/gpio-config.c中的int s3c_gpio_cfgpin（unsigned int pin, unsigned int config）即可  *************************************************************************** 首先看一下设备初始化程序：85 /*
86 * 设备初始化
87 */
88 static int __init dev_init（void）
89 {
90 int ret;
91 int i;
92 for （i = 0; i < 4; i++） {
93 //设置 LED 对应的端口寄存器为输出（OUTPUT）
94 if （s3c_gpio_cfgpin（led_table[i], led_cfg_table[i]）<0）    printk（KERN_INFO "config pin %d failed", i）;
95 printk（KERN_INFO "config pin %d failed", i）;

95 //设置 LED 对应的端口寄存器为低电平输出，在模块加载> 结束后，四个 LED 应该是全部都是发光
96 状态
97 s3c2410_gpio_setpin（led_table[i], 0）;
98 }
99 ret = misc_register（&misc）; //注册设备
100 printk （DEVICE_NAME"/tinitialized/n"）; //打印初始化信息
101 return ret;
102 } 可以看到，这里涉及到两个函数，分别是s3c2410_gpio_cfgpin,s3c2410_gpio_setpin，这两个函数分别对四个LED进行配置，从函数名来看，cfgpin对引脚寄存器状态进行配置，而setpin应该是对寄存器数据值进行配置，我们在分析函数之前先弄清楚传入的参数到底是什么。led_table[i]
28 //LED 对应的 GPIO 端口列表
29 static unsigned long led_table [] = {
30 S3C2410_GPB（5）,
31 S3C2410_GPB（6）,
32 S3C2410_GPB（7）,
33 S3C2410_GPB（8）,
34 };这里S3C2410_GPB宏定义在mach/gpio-nrs.h中
/* GPIO bank sizes */
#define S3C2410_GPIO_A_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_B_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_C_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_D_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_E_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_F_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_G_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_H_NR （32）
#define S3C2410_GPIO_J_NR （32） /* technically 16. */
#define S3C2410_GPIO_K_NR （32） /* technically 16. */
#define S3C2410_GPIO_L_NR （32） /* technically 15. */
#define S3C2410_GPIO_M_NR （32） /* technically 2. */ #if CONFIG_S3C_GPIO_SPACE ！= 0
#error CONFIG_S3C_GPIO_SPACE cannot be zero at the moment
#endif  #define S3C2410_GPIO_NEXT（__gpio） /
（（__gpio##_START） + （__gpio##_NR） + CONFIG_S3C_GPIO_SPACE + 0） //这里的CONFIG_S3C_GPIO_SPAC是内核配置选项，在.config中可以找到，我的配置为：CONFIG_S3C_GPIO_SPACE = 0  enum s3c_gpio_number {
S3C2410_GPIO_A_START = 0,
S3C2410_GPIO_B_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_A）,
S3C2410_GPIO_C_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_B）,
S3C2410_GPIO_D_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_C）,
S3C2410_GPIO_E_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_D）,
S3C2410_GPIO_F_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_E）,
S3C2410_GPIO_G_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_F）,
S3C2410_GPIO_H_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_G）,
S3C2410_GPIO_J_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_H）,
S3C2410_GPIO_K_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_J）,
S3C2410_GPIO_L_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_K）,
S3C2410_GPIO_M_START = S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_L）,
};#define S3C2410_GPB（_nr）（S3C2410_GPIO_B_START + （_nr））  因此，以S3C2410_GPB（5）为例，其宏展开为：S3C2410_GPIO_NEXT（S3C2410_GPIO_A） +5 => （S3C2410_GPIO_A_START + S3C2410_GPIO_A_NR + CONFIG_S3C_GPIO_SPACE + 0） + 5 =>很显然， S3C2410_GPB（5）就是从GPA的首地址+GPA个数+GPB的offset就是当前GPB的IO偏移量，即0+32+5=37, 同理   S3C2410_GPB（0）相当于 32 30 S3C2410_GPB（5）相当于 37
31 S3C2410_GPB（6）相当于 38
32 S3C2410_GPB（7）相当于 39
33 S3C2410_GPB（8）相当于 40***************************************************************************  led_cfg_table[i]36 //LED 对应端口将要输出的状态列表
37 static unsigned int led_cfg_table [] = {
38 S3C2410_GPIO_OUTPUT,
39 S3C2410_GPIO_OUTPUT,
40 S3C2410_GPIO_OUTPUT,
41 S3C2410_GPIO_OUTPUT,
42 };
S3C2410_GPIO_OUTPUT定义在mach/regs-gpio.h#define S3C2410_GPIO_LEAVE （0xFFFFFFFF）   // 最后两位是设置，11表示RESERVE
#define S3C2410_GPIO_INPUT （0xFFFFFFF0） /* not available on A */ // 最后两位是设置，00表示INPUT#define S3C2410_GPIO_OUTPUT （0xFFFFFFF1） // 最后两位是设置，01表示OUTPUT
#define S3C2410_GPIO_IRQ （0xFFFFFFF2） /* not available for all */
#define S3C2410_GPIO_SFN2 （0xFFFFFFF2） /* bank A => addr/cs/nand */
#define S3C2410_GPIO_SFN3 （0xFFFFFFF3） /* not available on A */*************************************************************************** 根据前面的分析，s3c2410传入了当前GPIO的偏移地址，以及OUTPUT状态现在我们深入前面的两个函数：定义在linux/arch/arm/plat-s3c/gpio-config.c
int s3c_gpio_cfgpin（unsigned int pin, unsigned int config）
{
struct s3c_gpio_chip *chip = s3c_gpiolib_getchip（pin）; //得到对应GPIO结构体首指针，里面包含了该GPIO的各种参数
unsigned long flags;
int offset;
int ret;

if （！chip）
return -EINVAL; // 没找到的话，返回invalid

offset = pin - chip->chip.base; // 否则offset等于该GPIO引脚相对于GPX（0）的偏移量，每个偏移1

s3c_gpio_lock（chip, flags）; // 自旋锁锁住该GPIO，通过chip指针指向lock,看下面的define和图
ret = s3c_gpio_do_setcfg（chip, offset, config）; //设置该GPIO状态寄存器的数值为config
s3c_gpio_unlock（chip, flags）; // 解锁 // 自旋锁操作
/* locking wrappers to deal with multiple access to the same gpio bank */
//#define s3c_gpio_lock（_oc, _fl） spin_lock_irqsave（&（_oc）->lock, _fl）
//#define s3c_gpio_unlock（_oc, _fl） spin_unlock_irqrestore（&（_oc）->lock, _fl）
//s3c_gpio_do_setcfg操作
static inline int s3c_gpio_do_setcfg（struct s3c_gpio_chip *chip,
unsigned int off, unsigned int config）
{
return （chip->config->set_config）（chip, off, config）;
}//这里的set_config是一个函数指针，由后面的分析知道，如果针对GPA,该函数指针指向s3c_gpio_setcfg_s3c24xx_a , 如果针对GPX应该是指向s3c_gpio_setcfg_s3c24xx——但发现，如果是其他GPX，根本没有定义set_config！！！（这个问题已经解决，见后文s3c24xx_gpiolib_init函数，事实上，其余的config的确指向s3c_gpio_do_setcfg函数）struct s3c_gpio_cfg s3c24xx_gpiocfg_default = {
.set_config = s3c_gpio_setcfg_s3c24xx,
.get_config = s3c_gpio_getcfg_s3c24xx,
}; int s3c_gpio_setcfg_s3c24xx_a（struct s3c_gpio_chip *chip, unsigned int off, unsigned int cfg）
{
void __iomem *reg = chip->base; // GPXCON的物理基地址
unsigned int shift = off; // 每个GPA对应一位
u32 con;

if （s3c_gpio_is_cfg_special（cfg）） { //OUTPUT状态是否为（0xfffffffX），是，返回1
cfg &= 0xf; // cfg = 0xX

/* Map output to 0, and SFN2 to 1 */ 本实验不会运行到这
cfg -= 1;
if （cfg > 1）
return -EINVAL;

cfg <<= shift;
}

con = __raw_readl（reg）; // 先读出该GPXCON的值，32位
con &= ~（0x1 << shift）; //
con |= cfg;    //
__raw_writel（con, reg）; // 将新值写入GPXCON PS: #define __raw_writeb（v,a）（__chk_io_ptr（a）, *（volatile unsigned char __force *）（a） = （v））
#define __raw_writew（v,a）（__chk_io_ptr（a）, *（volatile unsigned short __force *）（a） = （v））
#define __raw_writel（v,a）（__chk_io_ptr（a）, *（volatile unsigned int __force *）（a） = （v））

#define __raw_readb（a）（__chk_io_ptr（a）, *（volatile unsigned char __force *）（a））
#define __raw_readw（a）（__chk_io_ptr（a）, *（volatile unsigned short __force *）（a））
#define __raw_readl（a）（__chk_io_ptr（a）, *（volatile unsigned int __force *）（a））

return 0;
}如果针对GPX情况int s3c_gpio_setcfg_s3c24xx（struct s3c_gpio_chip *chip,
unsigned int off, unsigned int cfg）
{
void __iomem *reg = chip->base;
unsigned int shift = off * 2; // 每个GPX对应2位
u32 con;

if （s3c_gpio_is_cfg_special（cfg）） {
cfg &= 0xf;
if （cfg > 3）
return -EINVAL;

cfg <<= shift; // 将cfg的0,1两位左移offset
}

con = __raw_readl（reg）; // 读对应的GPXCON值
con &= ~（0x3 << shift）; // 将GPXCON（pin）的两bits请0
con |= cfg; // 设置config值
__raw_writel（con, reg）; // 写入新的GPXCON

return 0;
}

return ret;
} // end s3c_gpio_cfgpin  这里涉及到了一个重要的数据结构，s3c_gpio_chip，此数据结构比较复杂，我贴出这个数据结构的结构图：、这个重要的数据结构中可以记录每个GPIO所需要的所有数据，后面会遇到的s3c24xx_gpios[]结构体就是该结构体的集合，描述了芯片中所有的GPIO端口，之后我们需要时时回头看看这个结构。我们先来看s3c_gpiolib_getchip ，它实现了返回对应pin值的GPIO结构体首指针的功能#include<mach/gpio-core.h>  static inline struct s3c_gpio_chip *s3c_gpiolib_getchip（unsigned int pin）
{
struct s3c_gpio_chip *chip;

if （pin > S3C_GPIO_END） //如果超过GPJ（32）就return NULL return NULL;

chip = &s3c24xx_gpios[pin/32]; //根据偏移，计算出对应pin的GPIO结构体指针
return （（pin - chip->chip.base） < chip->chip.ngpio）？ chip : NULL; // 这里验证，如果pin偏移超过了GPIO的个数，说明出错了，否则就返回该GPIO的结构体指针
}回想以下之前s3c2410_gpio_cfgpin中，我们传入的参数是led_table[i]和 led_cfg_table[i]，/* GPIO sizes for various SoCs:
*
* 2442
* 2410 2412 2440 2443 2416
* ---- ---- ---- ---- ----
* A 23 22 25    16 25
* B 11 11 11    11    9
* C 16 15 16    16    16
* D 16 16    16    16    16
* E 16 16 16 16 16
* F 8 8 8 8 8
* G16 16 16 16 8
* H 11 11 9 15 15
* J -- -- 13 16 --
* K -- -- --    -- 16
* L -- -- -- 15 7
* M -- -- -- 2 2
*/ struct s3c_gpio_chip s3c24xx_gpios[] = {
[0] = {
.base = S3C2410_GPACON, // datasheet上地址为0x56000000//#define S3C2410_GPACON S3C2410_GPIOREG（0x00）#define S3C2410_GPIOREG（x）（（x） + S3C24XX_VA_GPIO） #define S3C24XX_VA_GPIO （（S3C24XX_PA_GPIO - S3C24XX_PA_UART） + S3C24XX_VA_UART）S3C24XX_PA_GPIO相当于（0x15600000） S3C24XX_PA_UART相当于（0x15000000） #define S3C_VA_UART S3C_ADDR（0x01000000） /* UART */ #define S3C_ADDR_BASE 0xF6000000
#ifndef __ASSEMBLY__
#define S3C_ADDR（x）（（void __iomem __force *）S3C_ADDR_BASE + （x））
#else
#define S3C_ADDR（x）（S3C_ADDR_BASE + （x））
#endif0x15600000-15000000+F7000000 这里的S3C2410_GPACON应该怎么算？ .pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_1bit）,
.config = &s3c24xx_gpiocfg_banka, // 设置GPIO的函数指针 static struct s3c_gpio_cfg s3c24xx_gpiocfg_banka = {
.set_config = s3c_gpio_setcfg_s3c24xx_a,
.get_config = s3c_gpio_getcfg_s3c24xx_a,
};
.chip = {
.base = S3C2410_GPA（0）, //基地址，也是偏移量
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOA",
.ngpio = 24,
.direction_input = s3c24xx_gpiolib_banka_input,
.direction_output = s3c24xx_gpiolib_banka_output,
},
},
[1] = {
.base = S3C2410_GPBCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPB（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOB",
.ngpio = 16,
},
},
[2] = {
.base = S3C2410_GPCCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPC（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOC",
.ngpio = 16,
},
},
[3] = {
.base = S3C2410_GPDCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPD（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOD",
.ngpio = 16,
},
},
[4] = {
.base = S3C2410_GPECON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPE（0）,
.label = "GPIOE",
.owner = THIS_MODULE,
.ngpio = 16,
},
},
[5] = {
.base = S3C2410_GPFCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPF（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOF",
.ngpio = 8,
.to_irq = s3c24xx_gpiolib_bankf_toirq,
},
},
[6] = {
.base = S3C2410_GPGCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.irq_base = IRQ_EINT8,
.chip = {
.base = S3C2410_GPG（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOG",
.ngpio = 16,
.to_irq = samsung_gpiolib_to_irq,
},
}, {
.base = S3C2410_GPHCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPH（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOH",
.ngpio = 11,
},
},
/* GPIOS for the S3C2443 and later devices. */2440用不到
{
.base = S3C2440_GPJCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPJ（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOJ",
.ngpio = 16,
},
}, {
.base = S3C2443_GPKCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPK（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOK",
.ngpio = 16,
},
}, {
.base = S3C2443_GPLCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPL（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOL",
.ngpio = 15,
},
}, {
.base = S3C2443_GPMCON,
.pm = __gpio_pm（&s3c_gpio_pm_2bit）,
.chip = {
.base = S3C2410_GPM（0）,
.owner = THIS_MODULE,
.label = "GPIOM",
.ngpio = 2,
},
},
};
***************************************************************************