嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)之：GPIO驅(qū)動程序?qū)嵗?/h1>

?

11.3??GPIO驅(qū)動程序?qū)嵗?/h2>

11.3.1??GPIO工作原理

FS2410開發(fā)板的S3C2410處理器具有117個多功能通用I/O（GPIO）端口管腳，包括GPIO?8個端口組，分別為GPA（23個輸出端口）、GPB（11個輸入/輸出端口）、GPC（16個輸入/輸出端口）、GPD（16個輸入/輸出端口）、GPE（16個輸入/輸出端口）、GPF（8個輸入/輸出端口）、GPH（11個輸入/輸出端口）。根據(jù)各種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求，通過軟件方法可以將這些端口配置成具有相應(yīng)功能（例如：外部中斷或數(shù)據(jù)總線）的端口。

為了控制這些端口，S3C2410處理器為每個端口組分別提供幾種相應(yīng)的控制寄存器。其中最常用的有端口配置寄存器（GPACON?~?GPHCON）和端口數(shù)據(jù)寄存器（GPADAT?~?GPHDAT）。因?yàn)榇蟛糠諭/O管腳可以提供多種功能，通過配置寄存器（PnCON）設(shè)定每個管腳用于何種目的。數(shù)據(jù)寄存器的每位將對應(yīng)于某個管腳上的輸入或輸出。所以通過對數(shù)據(jù)寄存器（PnDAT）的位讀寫，可以進(jìn)行對每個端口的輸入或輸出。

在此主要以發(fā)光二極管（LED）和蜂鳴器為例，討論GPIO設(shè)備的驅(qū)動程序。它們的硬件驅(qū)動電路的原理圖如圖11.4所示。

?????????????????

圖11.4??LED（左）和蜂鳴器（右）的驅(qū)動電路原理圖

在圖11.4中，可知使用S3C2410處理器的通用I/O口GPF4、GPF5、GPF6和GPF7分別直接驅(qū)動LED?D12、D11、D10以及D9，而使用GPB0端口驅(qū)動蜂鳴器。4個LED分別在對應(yīng)端口（GPF4~GPF7）為低電平時發(fā)亮，而蜂鳴器在GPB0為高電平時發(fā)聲。這5個端口的數(shù)據(jù)流方向均為輸出。

在表11.15中，詳細(xì)描述了GPF的主要控制寄存器。GPB的相關(guān)寄存器的描述與此類似，具體可以參考S3C2410處理器數(shù)據(jù)手冊。

表11.15 GPF端口（GPF0-GPF7）的主要控制寄存器

寄存器	地址		R/W	功能	初始值
GPFCON	0x56000050		R/W	配置GPF端口組	0x0
GPFDAT	0x56000054		R/W	GPF端口的數(shù)據(jù)寄存器	未定義
GPFUP	0x56000058		R/W	GPF端口的取消上拉寄存器	0x0
GPFCON	位	描述
GPF7	[15:14]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT7??11?=?保留
GPF6	[13:12]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT6??11?=?保留
GPF5	[11:10]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT5??11?=?保留
GPF4	[9:8]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT4??11?=?保留
GPF3	[7:6]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT3??11?=?保留
GPF2	[5:4]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT2??11?=?保留
GPF1	[3:2]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT1??11?=?保留
GPF0	[1:0]	00?=?輸入??01?=?輸出??10?=?EINT0??11?=?保留

GPFDAT	位	描述
GPF[7:0]	[7:0]	每位對應(yīng)于相應(yīng)的端口，若端口用于輸入，則可以通過相應(yīng)的位讀取數(shù)據(jù)；若端口用于輸出，則可以通過相應(yīng)的位輸出數(shù)據(jù)；若端口用于其他功能，則其值無法確定。

GPFUP	位	描述
GPF[7:0]	[7:0]	0：向相應(yīng)端口管腳賦予上拉(pull-up)功能 1：取消上拉功能?

為了驅(qū)動LED和蜂鳴器，首先通過端口配置寄存器將5個相應(yīng)寄存器配置為輸出模式。然后通過對端口數(shù)據(jù)寄存器的寫操作，實(shí)現(xiàn)對每個GPIO設(shè)備的控制（發(fā)亮或發(fā)聲）。在下一個小節(jié)中介紹的驅(qū)動程序中，s3c2410_gpio_cfgpin()函數(shù)和s3c2410_gpio_pullup()函數(shù)將進(jìn)行對某個端口的配置，而s3c2410_gpio_setpin()函數(shù)實(shí)現(xiàn)向數(shù)據(jù)寄存器的某個端口的輸出。

?

11.3.2??GPIO驅(qū)動程序

GPIO驅(qū)動程序代碼如下所示：

/*?gpio_drv.h?*/

#ifndef?????FS2410_GPIO_SET_H

#define?????FS2410_GPIO_SET_H

#include????<linux/ioctl.h>

#define?????GPIO_DEVICE_NAME???????"gpio"

#define?????GPIO_DEVICE_FILENAME??"/dev/gpio"

#define?????LED_NUM??????????????????4

#define?????GPIO_IOCTL_MAGIC???????'G'

#define?????LED_D09_SWT?????????????_IOW(GPIO_IOCTL_MAGIC,?0,?unsigned?int)

#define?????LED_D10_SWT?????????????_IOW(GPIO_IOCTL_MAGIC,?1,?unsigned?int)

#define?????LED_D11_SWT?????????????_IOW(GPIO_IOCTL_MAGIC,?2,?unsigned?int)

#define?????LED_D12_SWT?????????????_IOW(GPIO_IOCTL_MAGIC,?3,?unsigned?int)

#define?????BEEP_SWT?????????????????_IOW(GPIO_IOCTL_MAGIC,?4,?unsigned?int)

#define?????LED_SWT_ON??????????????0

#define?????LED_SWT_OFF?????????????1

#define?????BEEP_SWT_ON?????????????1

#define?????BEEP_SWT_OFF????????????0

#endif?/*?FS2410_GPIO_SET_H?*/

/*?gpio_drv.c?*/

#include?<linux/config.h>

#include?<linux/module.h>

#include?<linux/moduleparam.h>

#include?<linux/init.h>

#include?<linux/kernel.h>???/*?printk()?*/

#include?<linux/slab.h>????????/*?kmalloc()?*/

#include?<linux/fs.h>???????/*?everything...?*/

#include?<linux/errno.h>????/*?error?codes?*/

#include?<linux/types.h>????/*?size_t?*/

#include?<linux/mm.h>

#include?<linux/kdev_t.h>

#include?<linux/cdev.h>

#include?<linux/delay.h>

#include?<linux/device.h>

#include?<asm/io.h>

#include?<asm/uaccess.h>

#include?<asm/arch-s3c2410/regs-gpio.h>

#include?"gpio_drv.h"

static?int?major?=?0;?/*?采用字符設(shè)備號的動態(tài)分配?*/

module_param(major,?int,?0);?/*?以參數(shù)的方式可以指定設(shè)備的主設(shè)備號*/

void?s3c2410_gpio_cfgpin(unsigned?int?pin,?unsigned?int?function)

{?/*?對某個管腳進(jìn)行配置（輸入/輸出/其他功能）*/

?????unsigned?long?base?=?S3C2410_GPIO_BASE(pin);?/*?獲得端口的組基地址*/

?????unsigned?long?shift?=?1;

?????unsigned?long?mask?=?0x03;?/*?通常用配置寄存器的兩位表示一個端口*/

?????unsigned?long?con;

?????unsigned?long?flags;

?????if?(pin?<?S3C2410_GPIO_BANKB)?

?????{???

????????shift?=?0;

????????mask??=?0x01;?/*?在GPA端口中用配置寄存器的一位表示一個端口*/

?????}???

?????mask?<<=?(S3C2410_GPIO_OFFSET(pin)?<<?shift);

?????local_irq_save(flags);?/*?保存現(xiàn)場，保證下面一段是原子操作?*/

?????con?=?__raw_readl(base?+?0x00);

?????con?&=?~mask;

????con?|=?function;

????__raw_writel(con,?base?+?0x00);?/*?向配置寄存器寫入新配置數(shù)據(jù)?*/

????local_irq_restore(flags);?/*?恢復(fù)現(xiàn)場?*/

}

void?s3c2410_gpio_pullup(unsigned?int?pin,?unsigned?int?to)?

{?/*?配置上拉功能?*/

????unsigned?long?base?=?S3C2410_GPIO_BASE(pin);?/*?獲得端口的組基地址*/

????unsigned?long?offs?=?S3C2410_GPIO_OFFSET(pin);/*?獲得端口的組內(nèi)偏移地址?*/

????unsigned?long?flags;

????unsigned?long?up;?

????

????if?(pin?<?S3C2410_GPIO_BANKB)

????{

????????return;

????}

????local_irq_save(flags);

????up?=?__raw_readl(base?+?0x08);

????up?&=?~(1?<<?offs);

????up?|=?to?<<?offs;

????__raw_writel(up,?base?+?0x08);?/*?向上拉功能寄存器寫入新配置數(shù)據(jù)*/

????local_irq_restore(flags);

}

void?s3c2410_gpio_setpin(unsigned?int?pin,?unsigned?int?to)

{?/*?向某個管腳進(jìn)行輸出?*/

????unsigned?long?base?=?S3C2410_GPIO_BASE(pin);

????unsigned?long?offs?=?S3C2410_GPIO_OFFSET(pin);

????unsigned?long?flags;

????unsigned?long?dat;

????local_irq_save(flags);

????dat?=?__raw_readl(base?+?0x04);

????dat?&=?~(1?<<?offs);

????dat?|=?to?<<?offs;

????__raw_writel(dat,?base?+?0x04);?/*?向數(shù)據(jù)寄存器寫入新數(shù)據(jù)*/

????local_irq_restore(flags);

}

int?gpio_open?(struct?inode?*inode,?struct?file?*filp)

{?/*?open操作函數(shù)：進(jìn)行寄存器配置*/

????s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPB0,?1);?/*?BEEP*/????

????s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPF4,?1);?/*?LED?D12?*/????

????s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPF5,?1);?/*?LED?D11?*/????

????s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPF6,?1);?/*?LED?D10?*/????

????s3c2410_gpio_pullup(S3C2410_GPF7,?1);?/*?LED?D9?*/????

????s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB0,?S3C2410_GPB0_OUTP);

????s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPF4,?S3C2410_GPF4_OUTP);

????s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPF4,?S3C2410_GPF5_OUTP);

????s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPF4,?S3C2410_GPF6_OUTP);

????s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPF4,?S3C2410_GPF7_OUTP);

????return?0;

}

ssize_t?gpio_read(struct?file?*file,?char?__user?*buff,?

????????????????????????????????????????????????????size_t?count,?loff_t?*offp)

{?/*?read操作函數(shù)：沒有實(shí)際功能*/

????return?0;

}

ssize_t?gpio_write(struct?file?*file,?const?char?__user?*buff,?

?????????????????????????????????????????????????????size_t?count,?loff_t?*offp)

{?/*?write操作函數(shù)：沒有實(shí)際功能*/

????return?0;

}

int?switch_gpio(unsigned?int?pin,?unsigned?int?swt)

{?/*?向5個端口中的一個輸出ON/OFF值?*/

????if?(!((pin?<=?S3C2410_GPF7)?&&?(pin?>=?S3C2410_GPF4))?

?????????????????????&&?(pin?!=?S3C2410_GPB0))

????{

????????printk("Unsupported?pin");

????????return?1;?

????}

????s3c2410_gpio_setpin(pin,?swt);

????return?0;

}

?

static?int?gpio_ioctl(struct?inode?*inode,?struct?file?*file,?

??????????????????????????????????????unsigned?int?cmd,?unsigned?long?arg)

{?/*?ioctl函數(shù)接口:主要接口的實(shí)現(xiàn)。對5個GPIO設(shè)備進(jìn)行控制（發(fā)亮或發(fā)聲）?*/

????unsigned?int?swt?=?(unsigned?int)arg;

????switch?(cmd)?

????{

????????case?LED_D09_SWT:

????????{

????????????switch_gpio(S3C2410_GPF7,?swt);????

????????}

????????break;

????????case?LED_D10_SWT:

????????{

????????????switch_gpio(S3C2410_GPF6,?swt);

????????}

????????break;

????????case?LED_D11_SWT:

????????{

????????????switch_gpio(S3C2410_GPF5,?swt);

????????}

????????break;

????????case?LED_D12_SWT:

????????{

????????????switch_gpio(S3C2410_GPF4,?swt);

????????}

????????break;

????????case?BEEP_SWT:

????????{

????????????switch_gpio(S3C2410_GPB0,?swt);

????????????break;

????????}

????????default:

????????{

????????????printk("Unsupported?commandn");

????????????break;

????????}

????}

????return?0;

}

static?int?gpio_release(struct?inode?*node,?struct?file?*file)

{?/*?release操作函數(shù)，熄滅所有燈和關(guān)閉蜂鳴器?*/

????switch_gpio(S3C2410_GPB0,?BEEP_SWT_OFF);

????switch_gpio(S3C2410_GPF4,?LED_SWT_OFF);

????switch_gpio(S3C2410_GPF5,?LED_SWT_OFF);

????switch_gpio(S3C2410_GPF6,?LED_SWT_OFF);

????switch_gpio(S3C2410_GPF7,?LED_SWT_OFF);

????return?0;

}

static?void?gpio_setup_cdev(struct?cdev?*dev,?int?minor,

????????struct?file_operations?*fops)

{?/*?字符設(shè)備的創(chuàng)建和注冊?*/

????int?err,?devno?=?MKDEV(major,?minor);????

????cdev_init(dev,?fops);

????dev->owner?=?THIS_MODULE;

????dev->ops?=?fops;

????err?=?cdev_add?(dev,?devno,?1);

????if?(err)

????{

????????printk?(KERN_NOTICE?"Error?%d?adding?gpio?%d",?err,?minor);

????}

}

static?struct?file_operations?gpio_fops?=?

{?/*?gpio設(shè)備的file_operations結(jié)構(gòu)定義?*/

????.owner???=?THIS_MODULE,

????.open????=?gpio_open,????????/*?進(jìn)行初始化配置*/

????.release?=?gpio_release,????/*?關(guān)閉設(shè)備*/

????.read????=?gpio_read,????????

????.write???=?gpio_write,

????.ioctl???=?gpio_ioctl,????????/*?實(shí)現(xiàn)主要控制功能*/

};

static?struct?cdev?gpio_devs;

static?int?gpio_init(void)

{

????int?result;

????dev_t?dev?=?MKDEV(major,?0);

????if?(major)

????{?/*?設(shè)備號的動態(tài)分配?*/

????????result?=?register_chrdev_region(dev,?1,?GPIO_DEVICE_NAME);

????}

????else?

????{?/*?設(shè)備號的動態(tài)分配?*/

????????result?=?alloc_chrdev_region(&dev,?0,?1,?GPIO_DEVICE_NAME);

????????major?=?MAJOR(dev);

????}

????if?(result?<?0)?

????{

????????printk(KERN_WARNING?"Gpio:?unable?to?get?major?%dn",?major);

????????return?result;

????}

????gpio_setup_cdev(&gpio_devs,?0,?&gpio_fops);

????printk("The?major?of?the?gpio?device?is?%dn",?major);

????return?0;

}

?

static?void?gpio_cleanup(void)

{

????cdev_del(&gpio_devs);?/*?字符設(shè)備的注銷?*/

????unregister_chrdev_region(MKDEV(major,?0),?1);?/*?設(shè)備號的注銷*/

????printk("Gpio?device?uninstalledn");

}

module_init(gpio_init);

module_exit(gpio_cleanup);

MODULE_AUTHOR("David");

MODULE_LICENSE("Dual?BSD/GPL");???????????

下面列出GPIO驅(qū)動程序的測試用例：

/*?gpio_test.c?*/

#include?<stdio.h>

#include?<stdlib.h>

#include?<unistd.h>

#include?<fcntl.h>

#include?<string.h>

#include?<sys/types.h>

#include?<sys/stat.h>

#include?"gpio_drv.h"

int?led_timer(int?dev_fd,?int?led_no,?unsigned?int?time)

{?/*指定LED發(fā)亮一段時間之后熄滅它*/

????led_no?%=?4;

????ioctl(dev_fd,?LED_D09_SWT?+?led_no,?LED_SWT_ON);?/*?發(fā)亮*/

????sleep(time);

????ioctl(dev_fd,?LED_D09_SWT?+?led_no,?LED_SWT_OFF);?/*?熄滅?*/

}

int?beep_timer(int?dev_fd,?unsigned?int?time)

{/*?開蜂鳴器一段時間之后關(guān)閉*/

????ioctl(dev_fd,?BEEP_SWT,?BEEP_SWT_ON);?/*?發(fā)聲*/

????sleep(time);

????ioctl(dev_fd,?BEEP_SWT,?BEEP_SWT_OFF);????/*?關(guān)閉?*/

}

int?main()

{

????int?i?=?0;

????int?dev_fd;

????????/*?打開gpio設(shè)備?*/

????dev_fd?=?open(GPIO_DEVICE_FILENAME,?O_RDWR?|?O_NONBLOCK);

????if?(?dev_fd?==?-1?)?

????{

????????printf("Cann't?open?gpio?device?filen");

????????exit(1);

????}

????while(1)

????{

????????i?=?(i?+?1)?%?4;

????????led_timer(dev_fd,?i,?1);

????????beep_timer(dev_fd,?1);????????

????}

????close(dev_fd);

????return?0;

}???????????

具體運(yùn)行過程如下所示。首先編譯并加載驅(qū)動程序：

$?make?clean;make?/*?驅(qū)動程序的編譯*/

$?insmod?gpio_drv.ko?/*?加載gpio驅(qū)動?*/

$?cat?/proc/devices?/*?通過這個命令可以查到gpio設(shè)備的主設(shè)備號?*/

$?mknod?/dev/gpio??c??252??0??/*?假設(shè)主設(shè)備號為252，?創(chuàng)建設(shè)備文件節(jié)點(diǎn)*/

然后編譯并運(yùn)行驅(qū)動測試程序：

$?arm-linux-gcc?–o?gpio_test??gpio_test.c

$?./gpio_test

運(yùn)行結(jié)果為4個LED輪流閃爍，同時蜂鳴器以一定周期發(fā)出聲響。