物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開發(fā)源碼例程:
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GPIO 使用
簡介
GPIO, 全稱 General-Purpose Input/Output(通用輸入輸出),是一種軟件運行期間能夠動態(tài)配置和控制的通用引腳。 RK3399 有 5 組 GPIO bank:GPIO0~GPIO4,每組又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作為編號區(qū)分。所有的 GPIO 在上電后的初始狀態(tài)都是輸入模式,可以通過軟件設(shè)為上拉或下拉,也可以設(shè)置為中斷腳,驅(qū)動強度都是可編程的。 每個 GPIO 口除了通用輸入輸出功能外,還可能有其它復(fù)用功能,例如 GPIO2_A2,可以利用成以下功能:
-
GPIO2_A2
-
GIF_D2
每個 GPIO 口的驅(qū)動電流、上下拉和重置后的初始狀態(tài)都不盡相同,詳細情況請參考《RK3399 規(guī)格書》中的 “Chapter 10 GPIO” 一章。 RK3399 的 GPIO 驅(qū)動是在以下 pinctrl 文件中實現(xiàn)的:
kernel/drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c
其核心是填充 GPIO bank 的方法和參數(shù),并調(diào)用 gpiochip_add 注冊到內(nèi)核中。
AIO-3399J 開發(fā)板為方便用戶開發(fā)使用,并沒有引出通用的 GPIO 口,但是可以將其他接口用作 GPIO,例如 LED 擴展接口,在不用的情況可以將其當作一般的 GPIO 口使用,其對應(yīng)引腳如下圖:
本文以 TP_RST(GPIO0_B4) 和 LCD_RST(GPIO4_D5) 這兩個通用 GPIO 口為例寫了一份簡單操作 GPIO 口的驅(qū)動,在 SDK 的路徑為:
kernel/drivers/gpio/gpio-firefly.c
以下就以該驅(qū)動為例介紹 GPIO 的操作。
輸入輸出
首先在 DTS 文件中增加驅(qū)動的資源描述:
kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi gpio_demo: gpio_demo { status = "okay"; compatible = "firefly,rk3399-gpio"; firefly-gpio = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* GPIO0_B4 */ firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */ };
這里定義了一個腳作為一般的輸出輸入口:
firefly-gpio GPIO0_B4
AIO-3399J 的 dts 對引腳的描述與 Firefly-RK3288 有所區(qū)別,GPIO0_B4 被描述為:<&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>,這里的 12 來源于:8+4=12,其中 8 是因為 GPIO0_B4 是屬于 GPIO0 的 B 組,如果是 A 組的話則為 0,如果是 C 組則為 16,如果是 D 組則為 24,以此遞推,而 4 是因為 B4 后面的 4。
GPIO_ACTIVE_HIGH
?表示高電平有效,如果想要低電平有效,可以改為:GPIO_ACTIVE_LOW
,這個屬性將被驅(qū)動所讀取。
然后在 probe 函數(shù)中對 DTS 所添加的資源進行解析,代碼如下:
static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; int gpio; enum of_gpio_flags flag; struct firefly_gpio_info *gpio_info; struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node; printk("Firefly GPIO Test Program Probe\n"); gpio_info = devm_kzalloc(&pdev->dev,sizeof(struct firefly_gpio_info *), GFP_KERNEL); if (!gpio_info) { return -ENOMEM; } gpio = of_get_named_gpio_flags(firefly_gpio_node, "firefly-gpio", 0, &flag); if (!gpio_is_valid(gpio)) { printk("firefly-gpio: %d is invalid\n", gpio); return -ENODEV; } if (gpio_request(gpio, "firefly-gpio")) { printk("gpio %d request failed!\n", gpio); gpio_free(gpio); return -ENODEV; } gpio_info->firefly_gpio = gpio; gpio_info->gpio_enable_value = (flag == OF_GPIO_ACTIVE_LOW) ? 0:1; gpio_direction_output(gpio_info->firefly_gpio, gpio_info->gpio_enable_value); printk("Firefly gpio putout\n"); ... }
of_get_named_gpio_flags
?從設(shè)備樹中讀取?firefly-gpio
?和?firefly-irq-gpio
?的 GPIO 配置編號和標志,gpio_is_valid
?判斷該 GPIO 編號是否有效,gpio_request
?則申請占用該 GPIO。如果初始化過程出錯,需要調(diào)用?gpio_free
?來釋放之前申請過且成功的 GPIO 。在驅(qū)動中調(diào)用?gpio_direction_output
?就可以設(shè)置輸出高還是低電平,這里默認輸出從 DTS 獲取得到的有效電平?GPIO_ACTIVE_HIGH
,即為高電平,如果驅(qū)動正常工作,可以用萬用表測得對應(yīng)的引腳應(yīng)該為高電平。實際中如果要讀出 GPIO,需要先設(shè)置成輸入模式,然后再讀取值:
int val; gpio_direction_input(your_gpio); val = gpio_get_value(your_gpio);
下面是常用的 GPIO API 定義:
#include <linux/gpio.h> #include <linux/of_gpio.h> enum of_gpio_flags { OF_GPIO_ACTIVE_LOW = 0x1, }; int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np, const char *propname, int index, enum of_gpio_flags *flags); int gpio_is_valid(int gpio); int gpio_request(unsigned gpio, const char *label); void gpio_free(unsigned gpio); int gpio_direction_input(int gpio); int gpio_direction_output(int gpio, int v);
中斷
在 Firefly 的例子程序中還包含了一個中斷引腳,GPIO 口的中斷使用與 GPIO 的輸入輸出類似,首先在 DTS 文件中增加驅(qū)動的資源描述:
kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-port.dtsi gpio { compatible = "firefly-gpio"; firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */ };
IRQ_TYPE_EDGE_RISING 表示中斷由上升沿觸發(fā),當該引腳接收到上升沿信號時可以觸發(fā)中斷函數(shù)。 這里還可以配置成如下:
IRQ_TYPE_NONE //默認值,無定義中斷觸發(fā)類型 IRQ_TYPE_EDGE_RISING //上升沿觸發(fā) IRQ_TYPE_EDGE_FALLING //下降沿觸發(fā) IRQ_TYPE_EDGE_BOTH //上升沿和下降沿都觸發(fā) IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH //高電平觸發(fā) IRQ_TYPE_LEVEL_LOW //低電平觸發(fā)
然后在 probe 函數(shù)中對 DTS 所添加的資源進行解析,再做中斷的注冊申請,代碼如下:
static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; int gpio; enum of_gpio_flags flag; struct firefly_gpio_info *gpio_info; struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node; ... gpio_info->firefly_irq_gpio = gpio; gpio_info->firefly_irq_mode = flag; gpio_info->firefly_irq = gpio_to_irq(gpio_info->firefly_irq_gpio); if (gpio_info->firefly_irq) { if (gpio_request(gpio, "firefly-irq-gpio")) { printk("gpio %d request failed!\n", gpio); gpio_free(gpio); return IRQ_NONE; } ret = request_irq(gpio_info->firefly_irq, firefly_gpio_irq, flag, "firefly-gpio", gpio_info); if (ret != 0) free_irq(gpio_info->firefly_irq, gpio_info); dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ: %d\n", ret); } return 0; } static irqreturn_t firefly_gpio_irq(int irq, void *dev_id) //中斷函數(shù) { printk("Enter firefly gpio irq test program!\n"); return IRQ_HANDLED; }
調(diào)用?gpio_to_irq
?把 GPIO 的 PIN 值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的 IRQ 值,調(diào)用?gpio_request
?申請占用該 IO 口,調(diào)用?request_irq
?申請中斷,如果失敗要調(diào)用?free_irq
?釋放,該函數(shù)中?gpio_info-firefly_irq
?是要申請的硬件中斷號,firefly_gpio_irq
?是中斷函數(shù),gpio_info->firefly_irq_mode
?是中斷處理的屬性,firefly-gpio
?是設(shè)備驅(qū)動程序名稱,gpio_info
?是該設(shè)備的?device
?結(jié)構(gòu),在注冊共享中斷時會用到。
復(fù)用
如何定義 GPIO 有哪些功能可以復(fù)用,在運行時又如何切換功能呢?以 I2C4 為例作簡單的介紹。
查規(guī)格表可知,I2C4_SDA 與 I2C4_SCL 的功能定義如下:
Pad# func0 func1 I2C4_SDA/GPIO1_B3 gpio1b3 i2c4_sda I2C4_SCL/GPIO1_B4 gpio1b4 i2c4_scl
在?kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi
?里有:
i2c4: i2c@ff3d0000{ compatible = "rockchip,rk3399-i2c"; reg = <0x0 0xff3d0000 0x0 0x1000>; clocks = <&pmucru SCLK_I2C4_PMU>, <&pmucru PCLK_I2C4_PMU>; clock-names = "i2c", "pclk"; interrupts = <GIC_SPI 56 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH 0>; pinctrl-names = "default", "gpio"; pinctrl-0 = <&i2c4_xfer>; pinctrl-1 = <&i2c4_gpio>; //此處源碼未添加 #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; status = "disabled"; };
跟復(fù)用控制相關(guān)的是?pinctrl-
?開頭的屬性:
-
pinctrl-names 定義了狀態(tài)名稱列表: default (i2c 功能) 和 gpio 兩種狀態(tài)。
-
pinctrl-0 定義了狀態(tài) 0 (即 default)時需要設(shè)置的 pinctrl: &i2c4_xfer
-
pinctrl-1 定義了狀態(tài) 1 (即 gpio)時需要設(shè)置的 pinctrl: &i2c4_gpio
這些 pinctrl 在?kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi
?中這樣定義:
pinctrl: pinctrl { compatible = "rockchip,rk3399-pinctrl"; rockchip,grf = <&grf>; rockchip,pmu = <&pmugrf>; #address-cells = <0x2>; #size-cells = <0x2>; ranges; i2c4{ i2c4_xfer: i2c4-xfer{ rockchip,pins = <1 12 RK_FUNC_1 &pcfg_pull_none>, <1 11 RK_FUNC_1 &pcfg_pull_none>; }; i2c4_gpio: i2c4-gpio { rockchip,pins = <1 12 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>, <1 11 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>; }; };
RK_FUNC_1,RK_FUNC_GPIO 的定義在?kernel/include/dt-bindings/pinctrl/rk.h
?中:
#define RK_FUNC_GPIO 0 #define RK_FUNC_1 1 #define RK_FUNC_2 2 #define RK_FUNC_3 3 #define RK_FUNC_4 4 #define RK_FUNC_5 5 #define RK_FUNC_6 6 #define RK_FUNC_7 7
另外,像 “1 11”,”1 12” 這樣的值是有編碼規(guī)則的,編碼方式與上一小節(jié) “輸入輸出” 描述的一樣,”1 11” 代表 GPIO1_B3,”1 12” 代表 GPIO1_B4。
在復(fù)用時,如果選擇了?default
?(即 i2c 功能),系統(tǒng)會應(yīng)用 i2c4_xfer 這個 pinctrl,最終將 GPIO1_B3 和 GPIO1_B4 兩個針腳切換成對應(yīng)的 i2c 功能;而如果選擇了?gpio
?,系統(tǒng)會應(yīng)用 i2c4_gpio 這個 pinctrl,將 GPIO1_B3 和 GPIO1_B4 兩個針腳還原為 GPIO 功能。
我們看看 i2c 的驅(qū)動程序?kernel/drivers/i2c/busses/i2c-rockchip.c
?是如何切換復(fù)用功能的:
static int rockchip_i2c_probe(struct platform_device *pdev) { struct rockchip_i2c *i2c = NULL; struct resource *res; struct device_node *np = pdev->dev.of_node; int ret;// ... i2c->sda_gpio = of_get_gpio(np, 0); if (!gpio_is_valid(i2c->sda_gpio)) { dev_err(&pdev->dev, "sda gpio is invalid\n"); return -EINVAL; } ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->sda_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev)); if (ret) { dev_err(&pdev->dev, "failed to request sda gpio\n"); return ret; } i2c->scl_gpio = of_get_gpio(np, 1); if (!gpio_is_valid(i2c->scl_gpio)) { dev_err(&pdev->dev, "scl gpio is invalid\n"); return -EINVAL; } ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->scl_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev)); if (ret) { dev_err(&pdev->dev, "failed to request scl gpio\n"); return ret; } i2c->gpio_state = pinctrl_lookup_state(i2c->dev->pins->p, "gpio"); if (IS_ERR(i2c->gpio_state)) { dev_err(&pdev->dev, "no gpio pinctrl state\n"); return PTR_ERR(i2c->gpio_state); } pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->gpio_state); gpio_direction_input(i2c->sda_gpio); gpio_direction_input(i2c->scl_gpio); pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->dev->pins->default_state); ... }
首先是調(diào)用 of_get_gpio 取出設(shè)備樹中 i2c4 結(jié)點的 gpios 屬于所定義的兩個 gpio:
gpios = <&gpio1 GPIO_B3 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio1 GPIO_B4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
然后是調(diào)用 devm_gpio_request 來申請 gpio,接著是調(diào)用 pinctrl_lookup_state 來查找 gpio 狀態(tài),而默認狀態(tài)?default
?已經(jīng)由框架保存到 i2c->dev-pins->default_state 中了。
最后調(diào)用 pinctrl_select_state 來選擇是?default
?還是?gpio
?功能。
下面是常用的復(fù)用 API 定義:
#include <linux/pinctrl/consumer.h> struct device { //... #ifdef CONFIG_PINCTRL struct dev_pin_info *pins; #endif //... }; struct dev_pin_info { struct pinctrl *p; struct pinctrl_state *default_state; #ifdef CONFIG_PM struct pinctrl_state *sleep_state; struct pinctrl_state *idle_state; #endif }; struct pinctrl_state * pinctrl_lookup_state(struct pinctrl *p, const char *name); int pinctrl_select_state(struct pinctrl *p, struct pinctrl_state *s);
IO-Domain
在復(fù)雜的片上系統(tǒng)(SOC)中,設(shè)計者一般會將系統(tǒng)的供電分為多個獨立的 block,這稱作電源域(Power Domain),這樣做有很多好處,例如:
-
在 IO-Domain 的 DTS 節(jié)點統(tǒng)一配置電壓域,不需要每個驅(qū)動都去配置一次,便于管理;
-
依照的是 Upstream 的做法,以后如果需要 Upstream 比較方便;
-
IO-Domain 的驅(qū)動支持運行過程中動態(tài)調(diào)整電壓域,例如 PMIC 的某個 Regulator 可以 1.8v 和 3.3v 的動態(tài)切換,一旦 Regulator 電壓發(fā)生改變,會通知 IO-Domain 驅(qū)動去重新設(shè)置電壓域。
AIO-3399J 原理圖上的 Power Domain Map 表以及配置如下表所示:
通過 RK3399 SDK 的原理圖可以看到 bt656-supply 的電壓域連接的是 vcc18_dvp, vcc_io 是從 PMIC RK808 的 VLDO1 出來的;
在 DTS 里面可以找到 vcc1v8_dvp, 將 bt656-supply = <&vcc18_dvp>。
其他路的配置也類似,需要注意的是如果這里是其他 PMIC,所用的 Regulator 也不一樣,具體以實際電路情況為標準。
調(diào)試方法
IO指令
GPIO 調(diào)試有一個很好用的工具,那就是 IO 指令,AIO-3399J 的 Android 系統(tǒng)默認已經(jīng)內(nèi)置了 IO 指令,使用 IO 指令可以實時讀取或?qū)懭朊總€ IO 口的狀態(tài),這里簡單介紹 IO 指令的使用。首先查看 IO 指令的幫助:
#io --help Unknown option: ? Raw memory i/o utility - $Revision: 1.5 $ io -v -1|2|4 -r|w [-l <len>] [-f <file>] <addr> [<value>] -v Verbose, asks for confirmation -1|2|4 Sets memory access size in bytes (default byte) -l <len> Length in bytes of area to access (defaults to one access, or whole file length) -r|w Read from or Write to memory (default read) -f <file> File to write on memory read, or to read on memory write <addr> The memory address to access <val> The value to write (implies -w) Examples: io 0x1000 Reads one byte from 0x1000 io 0x1000 0x12 Writes 0x12 to location 0x1000 io -2 -l 8 0x1000 Reads 8 words from 0x1000 io -r -f dmp -l 100 200 Reads 100 bytes from addr 200 to file io -w -f img 0x10000 Writes the whole of file to memory Note access size (-1|2|4) does not apply to file based accesses.
從幫助上可以看出,如果要讀或者寫一個寄存器,可以用:
io -4 -r 0x1000 //讀從0x1000起的4位寄存器的值 io -4 -w 0x1000 //寫從0x1000起的4位寄存器的值
使用示例:
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查看GPIO1_B3引腳的復(fù)用情況
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從主控的datasheet查到GPIO1對應(yīng)寄存器基地址為:0xff320000
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從主控的datasheet查到GPIO1B_IOMUX的偏移量為:0x00014
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GPIO1_B3的iomux寄存器地址為:基址(Operational Base) + 偏移量(offset)=0xff320000+0x00014=0xff320014
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用以下指令查看GPIO1_B3的復(fù)用情況:
# io -4 -r 0xff320014 ff320014: 0000816a
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從datasheet查到[7:6]:
gpio1b3_sel GPIO1B[3] iomux select 2'b00: gpio 2'b01: i2c4sensor_sda 2'b10: reserved 2'b11: reserved
因此可以確定該 GPIO 被復(fù)用為 i2c4sensor_sda。
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如果想復(fù)用為 GPIO,可以使用以下指令設(shè)置:
# io -4 -w 0xff320014 0x0000812a
GPIO 調(diào)試接口
Debugfs 文件系統(tǒng)目的是為開發(fā)人員提供更多內(nèi)核數(shù)據(jù),方便調(diào)試。 這里 GPIO 的調(diào)試也可以用 Debugfs 文件系統(tǒng),獲得更多的內(nèi)核信息。GPIO 在 Debugfs 文件系統(tǒng)中的接口為?/sys/kernel/debug/gpio
,可以這樣讀取該接口的信息:
# cat /sys/kernel/debug/gpio GPIOs 0-31, platform/pinctrl, gpio0: gpio-2 ( |vcc3v3_3g ) out hi gpio-4 ( |bt_default_wake_host) in lo gpio-5 ( |power ) in hi gpio-9 ( |bt_default_reset ) out lo gpio-10 ( |reset ) out lo gpio-13 ( |? ) out lo GPIOs 32-63, platform/pinctrl, gpio1: gpio-32 ( |vcc5v0_host ) out hi gpio-34 ( |int-n ) in hi gpio-35 ( |vbus-5v ) out lo gpio-45 ( |pmic-hold-gpio ) out hi gpio-49 ( |vcc3v3_pcie ) out hi gpio-54 ( |mpu6500 ) out hi gpio-56 ( |pmic-stby-gpio ) out hi GPIOs 64-95, platform/pinctrl, gpio2: gpio-83 ( |bt_default_rts ) in hi gpio-90 ( |bt_default_wake ) in lo gpio-91 ( |? ) out hi GPIOs 96-127, platform/pinctrl, gpio3: gpio-111 ( |mdio-reset ) out hi GPIOs 128-159, platform/pinctrl, gpio4: gpio-149 ( |hp-con-gpio ) out lo
從讀取到的信息中可以知道,內(nèi)核把 GPIO 當前的狀態(tài)都列出來了,以 GPIO0 組為例,gpio-2(GPIO0_A2) 作為 3G 模塊的電源控制腳 (vcc3v3_3g),輸出高電平 (out hi)。
FAQs
Q1: 如何將 PIN 的 MUX 值切換為一般的 GPIO?
A1: 當使用 GPIO request 時候,會將該 PIN 的 MUX 值強制切換為 GPIO,所以使用該 PIN 腳為 GPIO 功能的時候確保該 PIN 腳沒有被其他模塊所使用。
Q2: 為什么我用 IO 指令讀出來的值都是 0x00000000?
A2: 如果用 IO 命令讀某個 GPIO 的寄存器,讀出來的值異常,如 0x00000000 或 0xffffffff 等,請確認該 GPIO 的 CLK 是不是被關(guān)了,GPIO 的 CLK 是由 CRU 控制,可以通過讀取 datasheet 下面 CRU_CLKGATE_CON* 寄存器來查到 CLK 是否開啟,如果沒有開啟可以用 io 命令設(shè)置對應(yīng)的寄存器,從而打開對應(yīng)的 CLK,打開 CLK 之后應(yīng)該就可以讀到正確的寄存器值了。
Q3: 測量到 PIN 腳的電壓不對應(yīng)該怎么查?
A3: 測量該 PIN 腳的電壓不對時,如果排除了外部因素,可以確認下該 PIN 所在的 IO 電壓源是否正確,以及 IO-Domain 配置是否正確。文章來源:http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-860487.html
Q4: gpio_set_value() 與 gpio_direction_output() 有什么區(qū)別?
A4: 如果使用該 GPIO 時,不會動態(tài)的切換輸入輸出,建議在開始時就設(shè)置好 GPIO 輸出方向,后面拉高拉低時使用 gpio_set_value() 接口,而不建議使用 gpio_direction_output(), 因為 gpio_direction_output 接口里面有 mutex 鎖,對中斷上下文調(diào)用會有錯誤異常,且相比 gpio_set_value,gpio_direction_output 所做事情更多,浪費。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-860487.html
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