gpiolib库详解

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*本文为个人学习记录，如有错误，欢迎指正。

*本文参考资料： 

*　　　　　　　　https://www.cnblogs.com/wenhuisun/archive/2013/04/11/3013951.html

*　　　　　　　　https://www.cnblogs.com/biaohc/p/6652322.html

*　　　　　　　　https://blog.csdn.net/andrinux/article/details/38725619

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1. gpiolib库简介

linux中从2.6.35以后就开始有gpiolib库了，gpiolib的作用是对所有的gpio实行统一管理，因为驱动在工作的时候，会出现好几个驱动共同使用同一个gpio的情况；这会造成混乱。所以内核提供了一些方法来管理gpio资源。

2. gpiolib库的建立

gpiolib库建立的目标函数：

//所在文件：/kernel/arch/arm/mach-s5pv210/mach-smdkc110.c
static void __init smdkc110_map_io(void)
{
    ......
    s5pv210_gpiolib_init();
    ......
}


//所在文件：/kernel/arch/arm/mach-s5pv210/gpiolib.c
__init int s5pv210_gpiolib_init(void)
{
    struct s3c_gpio_chip *chip = s5pv210_gpio_4bit;
    int nr_chips = ARRAY_SIZE(s5pv210_gpio_4bit);
    int i = 0;
        
    for (i = 0; i < nr_chips; i++, chip++) 
    {
        if (chip->config == NULL)
            chip->config = &gpio_cfg;
        if (chip->base == NULL)
            chip->base = S5PV210_BANK_BASE(i);
    }

    samsung_gpiolib_add_4bit_chips(s5pv210_gpio_4bit, nr_chips);

    return 0;
}

 s5pv210_gpiolib_init()函数分析：

（1）gpiolib库的初始化实质就是对s3c_gpio_chip结构体数组进行赋值；struct s3c_gpio_chip用以描述一个GPIO端口。

struct s3c_gpio_chip 
{
    struct gpio_chip    chip;  
    struct s3c_gpio_cfg *config;
    struct s3c_gpio_pm  *pm;
    void __iomem        *base;  //存放GPIO的虚拟地址
    int            eint_offset;
    spinlock_t         lock;
#ifdef CONFIG_PM
    u32            pm_save[7];
#endif
};

struct gpio_chip 
{
　　......
　　const char  *label; //GPIO端口名称
　　int　　base;         //GPIO端口号
　　......
}

（2）内核中建立了static struct s3c_gpio_chip s5pv210_gpio_4bit[] 这个数组，将所有的gpio的.chip结构体中的一些元素初始化，这个数组的所有元素是与数据手册中的所有gpio是一一对应的。

static struct s3c_gpio_chip s5pv210_gpio_4bit[] = {
    {
        .chip    = {
            .base    = S5PV210_GPA0(0),
            .ngpio    = S5PV210_GPIO_A0_NR,
            .label    = "GPA0",
            .to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
        },
    }, {
        .chip    = {
            .base    = S5PV210_GPA1(0),
            .ngpio    = S5PV210_GPIO_A1_NR,
            .label    = "GPA1",
            .to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
        },
    }, {
        .chip    = {
            .base    = S5PV210_GPB(0),
            .ngpio    = S5PV210_GPIO_B_NR,
            .label    = "GPB",
            .to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
        },
    }, 
       ......
}

.chip.base是GPIO的编号，用宏定义表示。S5PV210_GPA0(0)宏解析如下，即S5PV210_GPA0(0) = 0，S5PV210_GPA0(1) = 1。

#define S5PV210_GPA0(_nr) (S5PV210_GPIO_A0_START + (_nr))
#define S5PV210_GPA1(_nr) (S5PV210_GPIO_A1_START + (_nr)) 

S5PV210_GPIO_A0_START = 0,
S5PV210_GPIO_A1_START = S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_A0),

#define S5PV210_GPIO_NEXT(__gpio) 
((__gpio##_START) + (__gpio##_NR) + CONFIG_S3C_GPIO_SPACE + 1) 

#define S5PV210_GPIO_A0_NR (8)
#define S5PV210_GPIO_A1_NR (4)
#define S5PV210_GPIO_B_NR  (8)
#define S5PV210_GPIO_C0_NR (5)

（3）chip->base = S5PV210_BANK_BASE(i)，将GPIO的虚拟地址写入。

 //每个gpio的地址差0x20
#define S5PV210_BANK_BASE(bank_nr) (S5P_VA_GPIO + ((bank_nr) * 0x20)

（4）samsung_gpiolib_add_4bit_chips()函数的作用是将所有GPIO向内核注册。注册的实质是：在linux内核中有一个gpio_desc结构体数组，注册就是把我们封装的gpio的所有信息的结构体放到数组的格子中。

void __init samsung_gpiolib_add_4bit_chips(struct s3c_gpio_chip *chip, int nr_chips)
{
    for (; nr_chips > 0; nr_chips--, chip++) 
    {
        samsung_gpiolib_add_4bit(chip);
        s3c_gpiolib_add(chip);
    }
}

3. gpiolib库的使用

（1）申请GPIO

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*        const char *label：GPIO名称
*返回值：
*        返回值为0，GPIO申请成功；否则，GPIO申请失败
*/
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label); 

（2）设置GPIO方向

1）设置为输入

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*返回值：
*        返回值为<0，设置失败
*/
int gpio_direction_input(unsigned gpio);

2）设置为输出

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*        int value：GPIO输出值
*返回值：
*        返回值为<0，设置失败
*/
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);

（3）获取/设置GPIO的值

a. 可睡眠

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可睡眠操作。使用下面的函数以区别于正常的GPIO：

1）获取GPIO的值

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*返回值：
*        返回GPIO的值，0或1
*/
int gpio_get_value_cansleep(unsigned gpio);

2）设置GPIO的值

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*        int value：GPIO设置值
*返回值：
*        无
*/
void gpio_set_value_cansleep(unsigned gpio, int value);

b. 不可睡眠

1）获取GPIO的值

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*返回值：
*        返回GPIO的值，0或1
*/
int gpio_get_value(unsigned gpio);

2）设置GPIO的值

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*        int value：GPIO设置值
*返回值：
*        无
*/
void gpio_set_value(unsigned gpio, int value);

（4）释放GPIO

/*
*参数：
*        unsigned gpio：GPIO编号
*返回值：
*        无
*/
void gpio_free(unsigned gpio);

（5）批量初始化/释放GPIO

1）批量初始化GPIO

/*
*参数：
*        unsigned gpio  *array：GPIO数组（多个GPIO编号）
*        size_t num：GPIO数组大小，GPIO即的个数
*返回值：
*        返回0，初始化成功；否则，初始化失败
*/
int gpio_request_array(struct gpio *array, size_t num);

2）批量释放GPIO

/*
*参数：
*        unsigned gpio  *array：GPIO数组（多个GPIO编号）
*        size_t num：GPIO数组大小，GPIO即的个数
*返回值：
*        无
*/
void gpio_free_array(struct gpio *array, size_t num);

 4. S3C平台的GPIO操作接口

kernel/arch/arm/plat-s3c/include/plat/gpio-cfg.h文件中提供了S3C平台的GPIO操作接口，以下列举一些常用的GPIO操作接口。

（1）GPIO的工作模式设置

Linux内核中GPIO的工作模式的定义。

/*
*GPIO的工作模式定义
*/
#define S3C_GPIO_INPUT    (S3C_GPIO_SPECIAL(0))   //输出模式
#define S3C_GPIO_OUTPUT   (S3C_GPIO_SPECIAL(1))   //输入模式
#define S3C_GPIO_SFN(x)   (S3C_GPIO_SPECIAL(x))   //其他模式，根据参数x决定

S3C_GPIO_SFN(x)中x的值对应的功能可通过数据手册来查阅。譬如，根据D5PV210的数据手册可知：

/*
*x = 0，GPH0_0为输入模式
*x = 1，GPH0_0为输出模式
*x = 0x0f，GPH0_0为外部中断模式
*/

S3C_GPIO_SFN(0)   //输入模式 
S3C_GPIO_SFN(1)   //输出模式 
S3C_GPIO_SFN(0x0f)//外部中断模式 

1）s3c_gpio_cfgpin()设置指定引脚的工作模式

/*
*功能：设置指定引脚的工作模式
*参数：
*        unsigned int pin：需要设置的引脚号
*        unsigned int to：需要设置的工作模式
*/
int s3c_gpio_cfgpin(unsigned int pin, unsigned int to);

s3c_gpio_cfgpin(S5PV210_GPA0(0), S3C_GPIO_SFN(0));   //设置GPH0_0为输入模式 
s3c_gpio_cfgpin(S5PV210_GPA0(0), S3C_GPIO_SFN(1));   //设置GPH0_0为输出模式 
s3c_gpio_cfgpin(S5PV210_GPA0(0), S3C_GPIO_SFN(0x0f));//设置GPH0_0为外部中断模式

2）s3c_gpio_getcfg()读取指定引脚的设置值

/*
*功能：读取指定引脚的设置值
*参数：
*        unsigned int pin：需要获取的引脚号
*返回值：获取G引脚工作模式的值
*/
unsigned s3c_gpio_getcfg(unsigned int pin);

 3）s3c_gpio_cfgin_range()批量设置多个引脚的工作模式

/*
*功能：批量设置多个引脚的工作模式
*参数：
*        unsigned int start：起始引脚号
*        unsigned int nr：   需要设置的引脚个数
*        unsigned int cfg：  需要设置的工作模式
*/
int s3c_gpio_cfgpin_range(unsigned int start, unsigned int nr, unsigned int cfg);

 （2）GPIO的上下拉设置

 Linux内核中，上下拉的状态值的定义。

#define S3C_GPIO_PULL_NONE  ((__force s3c_gpio_pull_t)0x00)  //关闭，上拉下拉都关闭
#define S3C_GPIO_PULL_DOWN  ((__force s3c_gpio_pull_t)0x01)  //下拉
#define S3C_GPIO_PULL_UP    ((__force s3c_gpio_pull_t)0x02)  //上拉

 1）s3c_gpio_setpull()设置GPIO引脚的上下拉使能

/*
*功能：设置单个引脚的上下拉模式
*参数：
*        unsigned int pin：需要设置的引脚
*        s3c_gpio_pull_t pull：上下拉的状态值
*/
int s3c_gpio_setpull(unsigned int pin, s3c_gpio_pull_t pull);

 2）s3c_gpio_getpull()读取指定引脚的上下拉状态

/*
*功能：读取指定引脚的上下拉状态
*参数：
*        unsigned int pin：需要读取的引脚
*返回值：        
*        s3c_gpio_pull_t ：上下拉的状态值
*/
s3c_gpio_pull_t s3c_gpio_getpull(unsigned int pin);

3） s3c_gpio_cfgall()批量设置多个引脚的工作模式和上下拉状态

/*
*功能：批量设置多个引脚的工作模式和上下拉状态
*参数：
*       unsigned int start：  起始引脚号
*       unsigned int nr：     需要设置的引脚个数
*       unsigned int cfg：    需要设置的引脚工作模式
*       s3c_gpio_pull_t pull：需要设置的引脚的上下拉状态
*/
int s3c_gpio_cfgall_range(unsigned int start, unsigned int nr, unsigned int cfg, s3c_gpio_pull_t pull);