嵌入式驱动学习第七周——GPIO子系统

🕗 发布于 2024-04-18 16:17 学习 linux 驱动开发 c语言

前言

GPIO子系统是用来统一便捷地访问实现输入输出中断等效果。

嵌入式驱动学习专栏将详细记录博主学习驱动的详细过程，未来预计四个月将高强度更新本专栏，喜欢的可以关注本博主并订阅本专栏，一起讨论一起学习。现在关注就是老粉啦！

GPIO子系统介绍

之前介绍过pinctrl子系统是用来控制IO的复用功能以及一些电气属性的，那么配置完成之后，如果是GPIO的话就需要发挥功能，这些功能就包括输出、输入、触发中断。

gpio子系统顾名思义就是用于初始化GPIO并提供相应的API函数，用于设置GPIO为输入输出、读取GPIO的值。其目的是方便驱动开发者使用gpio，驱动开发者在设备树中添加gpio相关信息，然后就可以在驱动程序中使用gpio子系统提供的API函数来操作GPIO，Linux内核向驱动开发者屏蔽掉了GPIO的设置过程。

设备树格式

查看原理图，发现LED是低电平触发，连接的GPIO是GPIO_3即GPIO1_IO3。因此在GPIO子系统中，我们需要将GPIO1_IO3设置为低电平触发。

在这里插入图片描述

在设备节点下，添加GPIO子系统，根据上面的原理图，我们设置GPIO1组的3口为低电平触发。

gpioled {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkmini-gpioled";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;// GPIO子系统
status = "okay";
};

其中必须指定&gpio1，其他可以不作要求。

接下来打开imx6ul.dtsi文件，查看gpio1：

gpio1: gpio@0209c000 {
compatible = "fsl,imx6ul-gpio", "fsl,imx35-gpio";
reg = <0x0209c000 0x4000>;
interrupts = <GIC_SPI 66 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
<GIC_SPI 67 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
gpio-controller;
#gpio-cells = <2>;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
};

上面代码中，gpio@0209c000表示gpio1的基地址，#gpio-cells 为 2，表示一共有两个 cell。第一个 cell 为 GPIO 编号，比如“&gpio1 3”就表示GPIO1_IO03。第二个 cell 表示 GPIO 极性，如果为0(GPIO_ACTIVE_HIGH) 的话表示高电平有效，如果为1(GPIO_ACTIVE_LOW)的话表示低电平有效。

API函数

/*
 * @description  : 获取GPIO编号
 * @param-np     : 指定设备节点
 * @param-proname: GPIO属性名，与设备树中对应的属性名对应
 * @param-index : 引脚索引
 * @return       : 成功的话获取GPIO编号，失败的话返回负数
 */
static inline int of_get_named_gpio(struct device_node *np, const char * proname, int index)

/*
 * @description: GPIO申请函数
 * @param-gpio : 要申请的GPIO编号，该值是函数of_get_named_gpio的返回值
 * @param-label: 引脚名字，相当于为申请得到的引脚取了别名
 * @return     : 成功的话返回0，失败的话返回负数
 */
static inline int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)

/*
 * @description: 释放GPIO
 * @param-gpio : 要释放的GPIO编号
 */
static inline void gpio_free(unsigned gpio);

/*
 * @description: GPIO输出设置函数
 * @param-gpio : 要设置的GPIO编号
 * @param-value: 输出值，1，表示高电平，0，表示低电平
 * @return     : 成功的话返回0，失败的话返回负数
 */
static inline int gpio_direction_output(unsigned gpio , int value)

/*
 * @description: GPIO输入设置函数
 * @param-gpio : 要设置的GPIO编号
 * @return     : 成功的话返回0，失败的话返回负数
 */
static inline int gpio_direction_input(unsigned gpio)

/*
 * @description: 获取GPIO引脚值
 * @param-gpio : 要设置的GPIO编号
 * @return     : 成功的话返回得到的引脚状态，失败的话返回负数
 */
static inline int gpio_direction_input(unsigned gpio)

/*
 * @description: 设置GPIO输出值
 * @param-gpio : 要设置的GPIO编号
 * @param-value: 设置的输出值，1为输出高电平，0为输出低电平
 * @return     : 成功的话返回0，失败的话返回负数
 */
static inline int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)

pinctrl和gpio子系统示例

设备树部分

在根目录下创建gpioled的子节点，其中compatible命名为"atkmini-gpioled"。

gpioled {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkmini-gpioled";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
status = "okay";
};

同时在其中使用pinctrl子系统和gpio子系统，pinctrl子系统的节点命名为pinctrl_led，具体如下所示。同时使用gpio子系统规定GPIO的状态，前面的硬件图可以看到，LED是GPIO1_IO3，并且是低电平点亮，因此设置为GPIO_ACTIVE_LOW。

接下来看pinctrl子系统中设置的节点，需要在&iomuxc中添加，因为配置复用和电器属性是iomuxc寄存器

&iomuxc {
...
pinctrl_led: ledgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO030x10B0
>;
};
...
}

平台驱动框架

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

#define LEDDEV_CNT      1
#define LEDDEV_NAME     "dtsplatled"
#define LEDOFF          0
#define LEDON           1

struct leddev_dev {
    dev_t devid;
    struct cdev cdev;
    struct class *class;
    struct device *device;
    int major;
    int minor;
    struct device_node *nd;
    int led0;
};

struct leddev_dev leddev;

static const struct of_device_id led_of_match[] = {
    {.compatible = "atkmini-gpioled"},// 与设备树中的节点对应
    {}
};

static struct platform_driver led_driver = {
    .driver   = {
        .name = "imx6ul-led",
        .of_match_table = led_of_match,
    },

    .probe    = led_probe,
    .remove   = led_remove,
};

// 驱动入口函数，注册platform
static int __init leddriver_init(void)
{
    return platform_driver_register(&led_driver);
}

// 驱动出口函数，释放platform
static void __exit leddriver_exit(void)
{
    platform_driver_unregister(&led_driver);
}

module_init(leddriver_init);
module_exit(leddriver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wp");

probe和remove函数实现

probe函数中，使用of_find_node_by_path函数找到并获取gpioled在设备树中的设备节点。之后使用of_get_named_gpio函数获取GPIO号，读取成功则返回读取得到的GPIO号。同时用gpio_direction_output函数设置gpio为输出模式，默认输出高电平。

static int led_probe(struct platform_device *dev)
{
    printk("led driver and device was matched!\r\n");

    if (leddev.major) {
        leddev.devid = MKDEV(leddev.major, 0);
        register_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);
    } else {
        alloc_chrdev_region(&leddev.devid, 0, LEDDEV_CNT, LEDDEV_NAME);
        leddev.major = MAJOR(leddev.devid);
        leddev.minor = MINOR(leddev.minor);
    }

    cdev_init(&leddev.cdev, &led_fops);
    cdev_add(&leddev.cdev, leddev.devid, LEDDEV_CNT);

    leddev.class = class_create(THIS_MODULE, LEDDEV_NAME);
    if (IS_ERR(leddev.class)) {
        return PTR_ERR(leddev.class);
    }

    leddev.device = device_create(leddev.class, NULL, leddev.devid, NULL, LEDDEV_NAME);
    if (IS_ERR(leddev.device)) {
        return PTR_ERR(leddev.device);
    }

    leddev.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    if (leddev.nd == NULL) {
        printk("gpioled node not find!\r\n");
        return -EINVAL;
    }

    leddev.led0 = of_get_named_gpio(leddev.nd, "led-gpio", 0);// 获取GPIO的IO标号
    if (leddev.led0 < 0) {
        printk("can't get led-gpio\r\n");
        return -EINVAL;
    }

    gpio_request(leddev.led0, "led0");// 注册IO口
    gpio_direction_output(leddev.led0, 1);// 设置GPIO输出默认为1

    return 0;
}

static int led_remove(struct platform_device *dev)
{
    gpio_free(leddev.led0);// 释放GPIO
    cdev_del(&leddev.cdev);
    unregister_chrdev_region(leddev.devid, LEDDEV_CNT);
    device_destroy(leddev.class, leddev.devid);
    class_destroy(leddev.class);

    return 0;
}

open，write等函数

首先写一个led状态翻转函数，用gpio_set_value函数设置led的输出逻辑值

void led0_switch(u8 sta)
{
    if (sta == LEDON)
        gpio_set_value(leddev.led0, 0);// 设置gpio，第二个参数是逻辑值，0表示关，1表示开
    else if (sta == LEDOFF)
        gpio_set_value(leddev.led0, 1);
}

然后定义open，write函数，write函数中是从用户态读取数据，然后按照当前状态翻转LED状态。

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    filp->private_data = &leddev;
    return 0;
}

static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    int retvalue;
    unsigned char databuf[2];
    unsigned char ledstat;

    retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
    if (retvalue < 0) {
        printk("kernel write failed!\r\n");
        return -EFAULT;
    }

    ledstat = databuf[0];
    if (ledstat == LEDON) {
        led0_switch(LEDON);
    } else if (ledstat == LEDOFF) {
        led0_switch(LEDOFF);
    }

    return 0;
}

static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open  = led_open,
    .write = led_write,
};

参考资料

[1] 【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱区动开发指南 第四十五章
[2] 【Linux驱动开发】011 gpio子系统
[3] pinctrl子系统和gpio子系统-led实验

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_43419761/article/details/137660695

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