GPIO驱动程序实例分析

　11.3 GPIO驱动程序实例
　　11.3.1 GPIO工作原理
　　FS2410开发板的S3C2410处理器具有117个多功能通用I/O（GPIO）端口管脚，包括GPIO 8个端口组，分别为GPA（23个输出端口）、GPB（11个输入/输出端口）、GPC（16个输入/输出端口）、GPD（16个输入/输出端口）、GPE（16个输入/输出端口）、GPF（8个输入/输出端口）、GPH（11个输入/输出端口）。根据各种系统设计的需求，通过软件方法可以将这些端口配置成具有相应功能（例如：外部中断或数据总线）的端口。
　　为了控制这些端口，S3C2410处理器为每个端口组分别提供几种相应的控制寄存器。其中最常用的有端口配置寄存器（GPACON ~ GPHCON）和端口数据寄存器（GPADAT ~ GPHDAT）。因为大部分I/O管脚可以提供多种功能，通过配置寄存器（PnCON）设定每个管脚用于何种目的。数据寄存器的每位将对应于某个管脚上的输入或输出。所以通过对数据寄存器（PnDAT）的位读写，可以进行对每个端口的输入或输出。
　　在此主要以发光二极管（LED）和蜂鸣器为例，讨论GPIO设备的驱动程序。它们的硬件驱动电路的原理图如图11.4所示。
　　 
　　图11.4 LED（左）和蜂鸣器（右）的驱动电路原理图
　　在图11.4中，可知使用S3C2410处理器的通用I/O口GPF4、GPF5、GPF6和GPF7分别直接驱动LED D12、D11、D10以及D9，而使用GPB0端口驱动蜂鸣器。4个LED分别在对应端口（GPF4~GPF7）为低电平时发亮，而蜂鸣器在GPB0为高电平时发声。这5个端口的数据流方向均为输出。
　　在表11.15中，详细描述了GPF的主要控制寄存器。GPB的相关寄存器的描述与此类似，具体可以参考S3C2410处理器数据手册。
　　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
　　GPFCON0x56000050R/W配置GPF端口组0x0
　　GPFDAT0x56000054R/WGPF端口的数据寄存器未定义
　　GPFUP0x56000058R/WGPF端口的取消上拉寄存器0x0
　　GPFCON位描述
　　GPF7［15:14］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT7 11 = 保留
　　GPF6［13:12］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT6 11 = 保留
　　GPF5［11:10］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT5 11 = 保留
　　GPF4［9:8］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT4 11 = 保留
　　GPF3［7:6］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT3 11 = 保留
　　GPF2［5:4］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT2 11 = 保留
　　GPF1［3:2］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT1 11 = 保留
　　GPF0［1:0］00 = 输入 01 = 输出 10 = EINT0 11 = 保留
　　GPFDAT位描述
　　GPF［7:0］［7:0］每位对应于相应的端口，若端口用于输入，则可以通过相应的位读取数据；若端口用于输出，则可以通过相应的位输出数据；若端口用于其他功能，则其值无法确定。
　　GPFUP位描述
　　GPF［7:0］［7:0］0：向相应端口管脚赋予上拉（pull-up）功能
　　1：取消上拉功能
　　为了驱动LED和蜂鸣器，首先通过端口配置寄存器将5个相应寄存器配置为输出模式。然后通过对端口数据寄存器的写操作，实现对每个GPIO设备的控制（发亮或发声）。在下一个小节中介绍的驱动程序中，s3c2410_gpio_cfgpin（）函数和s3c2410_gpio_pullup（）函数将进行对某个端口的配置，而s3c2410_gpio_setpin（）函数实现向数据寄存器的某个端口的输出。
　　11.3.2 GPIO驱动程序
　　GPIO驱动程序代码如下所示：
　　/* 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; /* 采用字符设备号的动态分配 */
　　module_param（major， int， 0）; /* 以参数的方式可以指定设备的主设备号*/
　　void s3c2410_gpio_cfgpin（unsigned int pin， unsigned int function）
　　{ /* 对某个管脚进行配置（输入/输出/其他功能）*/
　　unsigned long base = S3C2410_GPIO_BASE（pin）; /* 获得端口的组基地址*/
　　unsigned long shift = 1;
　　unsigned long mask = 0x03; /* 通常用配置寄存器的两位表示一个端口*/
　　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个端口*/
　　}
　　mask 《《= （S3C2410_GPIO_OFFSET（pin） 《《 shift）;
　　local_irq_save（flags）; /* 保存现场，保证下面一段是原子操作 */
　　con = __raw_readl（base + 0x00）;
　　con &= ~mask;
　　con |= function;
　　__raw_writel（con， base + 0x00）; /* 向配置寄存器写入新配置数据 */
　　local_irq_restore（flags）; /* 恢复现场 */
　　}
　　void s3c2410_gpio_pullup（unsigned int pin， unsigned int to）
　　{ /* 配置上拉功能 */
　　unsigned long base = S3C2410_GPIO_BASE（pin）; /* 获得端口的组基地址*/
　　unsigned long offs = S3C2410_GPIO_OFFSET（pin）;/* 获得端口的组内偏移地址 */
　　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）; /* 向上拉功能寄存器写入新配置数据*/
　　local_irq_restore（flags）;
　　}
　　void s3c2410_gpio_setpin（unsigned int pin， unsigned int to）
　　{ /* 向某个管脚进行输出 */
　　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）; /* 向数据寄存器写入新数据*/