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。

61f5bb12ea32cbcf09583e55fe3a8d86.png                 

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

GPFCON

0x56000050

R/W

配置GPF端口组

0x0

GPFDAT

0x56000054

R/W

GPF端口的数据寄存器

未定义

GPFUP

0x56000058

R/W

GPF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    

#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 

{

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) <

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 

{

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 <

dat |= to <

__raw_writel(dat, base + 0x04); /* 向数据寄存器写入新数据*/

local_irq_restore(flags);

}

int gpio_open (struct inode *inode, struct file *filp)

{ /* open操作函数：进行寄存器配置*/

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操作函数：没有实际功能*/

return 0;

}

ssize_t gpio_write(struct file *file, const char __user *buff,

size_t count, loff_t *offp)

{ /* write操作函数：没有实际功能*/

return 0;

}

int switch_gpio(unsigned int pin, unsigned int swt)

{ /* 向5个端口中的一个输出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函数接口:主要接口的实现。对5个GPIO设备进行控制(发亮或发声) */

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操作函数，熄灭所有灯和关闭蜂鸣器 */

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)

{ /* 字符设备的创建和注册 */

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设备的file_operations结构定义 */

.owner   = THIS_MODULE,

.open    = gpio_open,        /* 进行初始化配置*/

.release = gpio_release,    /* 关闭设备*/

.read    = gpio_read,

.write   = gpio_write,

.ioctl   = gpio_ioctl,        /* 实现主要控制功能*/

};

static struct cdev gpio_devs;

static int gpio_init(void)

{

int result;

dev_t dev = MKDEV(major, 0);

if (major)

{ /* 设备号的动态分配 */

result = register_chrdev_region(dev, 1, GPIO_DEVICE_NAME);

}

else

{ /* 设备号的动态分配 */

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); /* 字符设备的注销 */

unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1); /* 设备号的注销*/

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驱动程序的测试用例：

/* 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发亮一段时间之后熄灭它*/

led_no %= 4;

ioctl(dev_fd, LED_D09_SWT + led_no, LED_SWT_ON); /* 发亮*/

sleep(time);

ioctl(dev_fd, LED_D09_SWT + led_no, LED_SWT_OFF); /* 熄灭 */

}

int beep_timer(int dev_fd, unsigned int time)

{/* 开蜂鸣器一段时间之后关闭*/

ioctl(dev_fd, BEEP_SWT, BEEP_SWT_ON); /* 发声*/

sleep(time);

ioctl(dev_fd, BEEP_SWT, BEEP_SWT_OFF);    /* 关闭 */

}

int main()

{

int i = 0;

int dev_fd;

/* 打开gpio设备 */

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;

}

具体运行过程如下所示。首先编译并加载驱动程序：

$ make clean;make /* 驱动程序的编译*/

$ insmod gpio_drv.ko /* 加载gpio驱动 */

$ cat /proc/devices /* 通过这个命令可以查到gpio设备的主设备号 */

$ mknod /dev/gpio  c  252  0  /* 假设主设备号为252， 创建设备文件节点*/

然后编译并运行驱动测试程序：

$ arm-linux-gcc –o gpio_test  gpio_test.c

$ ./gpio_test

运行结果为4个LED轮流闪烁，同时蜂鸣器以一定周期发出声响。

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