linux gpio设备驱动程序,嵌入式Linux设备驱动开发之：GPIO驱动程序实例-嵌入式系统-与非网...
11.3??GPIO驅動程序實例
11.3.1??GPIO工作原理
FS2410開發板的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)。根據各種系統設計的需求，通過軟件方法可以將這些端口配置成具有相應功能(例如：外部中斷或數據總線)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)和端口數據寄存器(GPADAT?~?GPHDAT)。因為大部分I/O管腳可以提供多種功能，通過配置寄存器(PnCON)設定每個管腳用于何種目的。數據寄存器的每位將對應于某個管腳上的輸入或輸出。所以通過對數據寄存器(PnDAT)的位讀寫，可以進行對每個端口的輸入或輸出。
在此主要以發光二極管(LED)和蜂鳴器為例，討論GPIO設備的驅動程序。它們的硬件驅動電路的原理圖如圖11.4所示。
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圖11.4??LED(左)和蜂鳴器(右)的驅動電路原理圖
在圖11.4中，可知使用S3C2410處理器的通用I/O口GPF4、GPF5、GPF6和GPF7分別直接驅動LED?D12、D11、D10以及D9，而使用GPB0端口驅動蜂鳴器。4個LED分別在對應端口(GPF4~GPF7)為低電平時發亮，而蜂鳴器在GPB0為高電平時發聲。這5個端口的數據流方向均為輸出。
在表11.15中，詳細描述了GPF的主要控制寄存器。GPB的相關寄存器的描述與此類似，具體可以參考S3C2410處理器數據手冊。
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端口的數據寄存器
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]
每位對應于相應的端口，若端口用于輸入，則可以通過相應的位讀取數據；若端口用于輸出，則可以通過相應的位輸出數據；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：向相應端口管腳賦予上拉(pull-up)功能
1：取消上拉功能
為了驅動LED和蜂鳴器，首先通過端口配置寄存器將5個相應寄存器配置為輸出模式。然后通過對端口數據寄存器的寫操作，實現對每個GPIO設備的控制(發亮或發聲)。在下一個小節中介紹的驅動程序中，s3c2410_gpio_cfgpin()函數和s3c2410_gpio_pullup()函數將進行對某個端口的配置，而s3c2410_gpio_setpin()函數實現向數據寄存器的某個端口的輸出。
11.3.2??GPIO驅動程序
GPIO驅動程序代碼如下所示：
/*?gpio_drv.h?*/
#ifndef?????FS2410_GPIO_SET_H
#define?????FS2410_GPIO_SET_H
#include????
#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?
#include?
#include?
#include?
#include????/*?printk()?*/
#include?????????/*?kmalloc()?*/
#include????????/*?everything...?*/
#include?????/*?error?codes?*/
#include?????/*?size_t?*/
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?"gpio_drv.h"
static?int?major?=?0;?/*?采用字符設備號的動態分配?*/
module_param(major,?int,?0);?/*?以參數的方式可以指定設備的主設備號*/
void?s3c2410_gpio_cfgpin(unsigned?int?pin,?unsigned?int?function)
{?/*?對某個管腳進行配置(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?
{
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)?<
local_irq_save(flags);?/*?保存現場，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據?*/
local_irq_restore(flags);?/*?恢復現場?*/
}
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);/*?獲得端口的組內偏移地址?*/
unsigned?long?flags;
unsigned?long?up;
if?(pin?
{
return;
}
local_irq_save(flags);
up?=?__raw_readl(base?+?0x08);
up?&=?~(1?<
up?|=?to?<
__raw_writel(up,?base?+?0x08);?/*?向上拉功能寄存器寫入新配置數據*/
local_irq_restore(flags);
}
void?s3c2410_gpio_setpin(unsigned?int?pin,?unsigned?int?to)
{?/*?向某個管腳進行輸出?*/
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?<
dat?|=?to?<
__raw_writel(dat,?base?+?0x04);?/*?向數據寄存器寫入新數據*/
local_irq_restore(flags);
}
int?gpio_open?(struct?inode?*inode,?struct?file?*filp)
{?/*?open操作函數：進行寄存器配置*/
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：沒有實際功能*/
return?0;
}
ssize_t?gpio_write(struct?file?*file,?const?char?__user?*buff,
size_t?count,?loff_t?*offp)
{?/*?write操作函數：沒有實際功能*/
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函數接口:主要接口的實現。對5個GPIO設備進行控制(發亮或發聲)?*/
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?command\n");
break;
}
}
return?0;
}
static?int?gpio_release(struct?inode?*node,?struct?file?*file)
{?/*?release操作函數，熄滅所有燈和關閉蜂鳴器?*/
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)
{?/*?字符設備的創建和注冊?*/
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設備的file_operations結構定義?*/
.owner???=?THIS_MODULE,
.open????=?gpio_open,????????/*?進行初始化配置*/
.release?=?gpio_release,????/*?關閉設備*/
.read????=?gpio_read,
.write???=?gpio_write,
.ioctl???=?gpio_ioctl,????????/*?實現主要控制功能*/
};
static?struct?cdev?gpio_devs;
static?int?gpio_init(void)
{
int?result;
dev_t?dev?=?MKDEV(major,?0);
if?(major)
{?/*?設備號的動態分配?*/
result?=?register_chrdev_region(dev,?1,?GPIO_DEVICE_NAME);
}
else
{?/*?設備號的動態分配?*/
result?=?alloc_chrdev_region(&dev,?0,?1,?GPIO_DEVICE_NAME);
major?=?MAJOR(dev);
}
if?(result?
{
printk(KERN_WARNING?"Gpio:?unable?to?get?major?%d\n",?major);
return?result;
}
gpio_setup_cdev(&gpio_devs,?0,?&gpio_fops);
printk("The?major?of?the?gpio?device?is?%d\n",?major);
return?0;
}
static?void?gpio_cleanup(void)
{
cdev_del(&gpio_devs);?/*?字符設備的注銷?*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(major,?0),?1);?/*?設備號的注銷*/
printk("Gpio?device?uninstalled\n");
}
module_init(gpio_init);
module_exit(gpio_cleanup);
MODULE_AUTHOR("David");
MODULE_LICENSE("Dual?BSD/GPL");
下面列出GPIO驅動程序的測試用例：
/*?gpio_test.c?*/
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?
#include?"gpio_drv.h"
int?led_timer(int?dev_fd,?int?led_no,?unsigned?int?time)
{?/*指定LED發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閉*/
ioctl(dev_fd,?BEEP_SWT,?BEEP_SWT_ON);?/*?發聲*/
sleep(time);
ioctl(dev_fd,?BEEP_SWT,?BEEP_SWT_OFF);????/*?關閉?*/
}
int?main()
{
int?i?=?0;
int?dev_fd;
/*?打開gpio設備?*/
dev_fd?=?open(GPIO_DEVICE_FILENAME,?O_RDWR?|?O_NONBLOCK);
if?(?dev_fd?==?-1?)
{
printf("Cann't?open?gpio?device?file\n");
exit(1);
}
while(1)
{
i?=?(i?+?1)?%?4;
led_timer(dev_fd,?i,?1);
beep_timer(dev_fd,?1);
}
close(dev_fd);
return?0;
}
具體運行過程如下所示。首先編譯并加載驅動程序：
$?make?clean;make?/*?驅動程序的編譯*/
$?insmod?gpio_drv.ko?/*?加載gpio驅動?*/
$?cat?/proc/devices?/*?通過這個命令可以查到gpio設備的主設備號?*/
$?mknod?/dev/gpio??c??252??0??/*?假設主設備號為252，?創建設備文件節點*/
然后編譯并運行驅動測試程序：
$?arm-linux-gcc?–o?gpio_test??gpio_test.c
$?./gpio_test
運行結果為4個LED輪流閃爍，同時蜂鳴器以一定周期發出聲響。
創作挑戰賽新人創作獎勵來咯，堅持創作打卡瓜分現金大獎總結
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