iTOP-4412嵌入式开发板ioremap控制GPIO寄存器

歌之王子殿下 发布于 2016/05/16 15:38
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转自迅为电子技术论坛:http://bbs.topeetboard.com

 

GPIO 的寄存器通过 ioremap函数转换之后,可以通过直接控制虚拟地址来控制物理地址(寄存器的实际地址),这样就实现 GPIO的读和写以及其它任意功能。

 

需要的基础知识

虚拟地址和物理地址

内存管理单元概念

linux 驱动模块的加载

 

主要内容

GPIO 的寄存器文档详细介绍和说明

函数 ioremap的用法

使用 ioremap实现对 GPIO的控制

 

硬件

以 LED2(靠近蜂鸣器的 LED)为例,介绍原理图以及Datasheet 中对应的寄存器。

原理图

打开底板原理图 pdf文档,如下图所示,选取 LED2,网络标号是 KP_COL0

 

 

 

通过查找网络标号 KP_COL0,发现 KP_COL0接到连接器上,如下图所示。

 

打开核心板 pdf文档,查找网络标号 KP_COL0,找到exnoys4412 芯片对应的GPIO

如下图所示。

 

 

 

如上图所示,这个管脚对应的 GPIO是 GPL2_0

打开 4412 的 Datasheet,找到 GPIO对应的章节,在第六章。

 

寄存器

在第六章中有对应的小节“6.2 Register Description ”,在“6.2.1 Registers Summary 

中可以找到 GPL2对应的寄存器,如下图所示。

 

 

如上图所示,通过阅读寄存器的描述文字,可以清楚需要控制的寄存器为 GPL2CON(配

置寄存器),GPL2DAT(数据寄存器,对应输出模式,寄存器写输出低电平,写 1输出高

电平),GPL2PUD(上拉和下拉配置,输出需要上拉),其它几个寄存器不需要使用,默认

即可。

寄存器地址一般由基地址和偏移地址组成,通过上图中的“Offset”可以发现三个寄存器

GPL2CONGPL2DATGPL2PUD的偏移地址分别是 0x01000x01040x0108

exnoys4412 GPIO 寄存器最大是32 位,同时也可以是16 位或者是 位,这一点在

对寄存器操作的时候需要用到。通过上图中的“Reset Value”,可以发现三个寄存器

GPL2CONGPL2DATGPL2PUD的复位之后的值是 0x0000_00000x000x5555,那

么这几个寄存器的值分别是 32 位,位,16 位。

 

寄存器GPL2CON

在 Datasheet 中搜关键字“GPL2CON”,如下图所示,可以发现这个寄存器的基地址是

0x1100_0000 。那么GPL2CON 寄存器的物理地址 phy = 0x11000000 + 0x0100

 

 

 

LED2 对应的 GPIO是 GPL2中的 Bit0,那么找到 GPL2CON[0](就在上图的表格中,下

翻即可找到),如下图所示。

 

 

如上图所示,GPL2CON 寄存器的[3:0]这低四位写 0x0 则是输入模式,0x1 则是输出模

式。LED2 显然需要配置为输出模式,那么 GPL2CON 寄存器的bit[3:0]需要写 0x1

 

寄存器GPL2DAT

在 Datasheet 中搜关键字“GPL2DAT”,如下图所示,可以发现这个寄存器的基地址是

0x1100_0000 。那么GPL2DAT 寄存器的物理地址 phy = 0x11000000 + 0x0104 

 

 

 

通过上图中 Description 部分,可以看到这段英文“When configuring as output port,

the pin state should be same as the corresponding bit.”翻译成中文就是“IO 被配置为

输出模式,寄存器中写 0则输出低电平,写 则输出高电平”。那么GPL2DAT 寄存器的 bit

位写灯则灭,写 则亮。

 

寄存器GPL2PUD

在 Datasheet 中搜关键字“GPL2PUD”,如下图所示,可以发现这个寄存器的基地址是

0x1100_0000 。那么GPL2PUD寄存器的物理地址 phy = 0x11000000 + 0x0108

 

 

 

如上图所示,先介绍“Bit”部分,“[2n + 1:2n] n = 0 to7”表示 可以取 0-7,分别

对应 8个 pin 脚,n=0,2x0:2x0+1,就是bit[01]n=1,2x1:2x1+1,就是 bit[23]依次类

推。GPL2[0]n=0,需要对 bit[0,1]进行操作。

这里有一点需要说明,如下图所示,红色框中“Disables”应该是Enables,这是三星

Datasheet 中的一个小错误。

 

 

综上所述,需要对 GPL2PUD寄存器的bit[0 1]写 0x3

 

代码中所需资源小结

代码中需要寄存器的物理地址、寄存器长度、对应位的值,如下表所示。

 

 

软件部分

本节主要内容为软件知识,在介绍代码之前,会先简单介绍一下 ioremap函数,语言

中的 volatile 关键字。

ioremap函数

物理地址和虚拟地址之间需要使用 ioremap函数进行映射,将物理地址映射成虚拟地址

之后对虚拟地址操作就相当于对物理地址进行操作,也就是直接对寄存器进行操作。

映射函数

void *ioremap(unsigned long phys_addr, unsigned long size)

phys_addr:要映射的起始的IO 地址

size:要映射的空间的大小。

取消映射函数

void iounmap(void * addr)

addr:映射后得到的虚拟地址。

 

编译的小知识-volatile关键字

在 C语言中,编译器在进行编译优化时,如果发现多次获取同一变量的代码之间没有对

这个变量进行操作,例如:

int j = 10

int call_first = j

……(大段代码,但是没有对 进行操作)

int call_sec = j

 

编译器会自动将 call_first 的值给 call_sec,而不会再回头去取 j的值。如果涉及寄存器,

那就很容易出错。

涉及到寄存器的地址,语言中提供了volatile 关键字。它能影响编译器编译的结果,它会

通知编译器,volatile 定义的变量是随时可能发生变化的,与 volatile 变量有关的运算,不要

进行编译优化,以免出错。如果上面的变量使用 volatile 定义,那么每次使用它的时候必须从

的地址中读取,因而编译器生成的可执行码会重新从的地址读取数据放在变量 call_sec

中。

代码

本节的代码需要有文档前面的知识,以及模块注册和卸载的知识。

驱动源码

代码文件 dri_ioremap.c。基础知识前面已经介绍了很多,代码的注释也很多,就不额外

的代码分析了。

//sch:KP_COL0GPL2_0

/*GPL2

datasheet:GPL2CON,GPL2DAT,GPL2PUD

Add = Base Address+Offset

GPL2CON = 0x1100_0000 + 0x0100 = 0x11000000 + 0x0100

 

s3c_gpio_cfgpin

GPL2DAT = 0x1100_0000 + 0x0104 = 0x11000000 + 0x0104

gpio_set_value

GPL2PUD = 0x1100_0000 + 0x0108 = 0x11000000 + 0x0108

*/

/*GPL2_0

datasheet:GPL2CON[0] GPL2DAT[0] GPL2PUD[0]

GPL2CON[0] [3:0] output 0x0

GPL2DAT 0 or 1

GPL2PUD[0] 0x3

*/

/*

寄存器不一定都是 32 位的,也有 16 和 位的

写寄存器的时候需要注意

*/

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <asm/io.h>

volatile unsigned long virt_addr, phys_addr;//用于存放虚拟地址和物理地址

volatile unsigned long *GPL2CON, *GPL2DAT, *GPL2PUD;//用于存放三个寄存器的地址

void gpl2_device_init(void)

{

//0x11000100 + 0x10 包括全所有的 IO 引脚寄存器地址

phys_addr = 0x11000100;

//0x11000100=GPL2CON

//在虚拟地址空间中申请一块长度为 0x10 的连续空间

//这样,物理地址 phys_addr 到 phys_addr+0x10 对应虚拟地址 virt_addr 到 virt_addr+0x10

virt_addr =(unsigned long)ioremap(phys_addr, 0x10);

//指定需要操作的寄存器的地址

GPL2CON = (unsigned long *)(virt_addr + 0x00);

GPL2DAT = (unsigned long *)(virt_addr + 0x04);

GPL2PUD = (unsigned long *)(virt_addr + 0x08);

}

//led 配置函数,配置开发板的 GPIO 的寄存器

void gpl2_configure(void)

 

{

//GPL2CON 寄存器,bit0 设置为 1,输出模式

*GPL2CON |= 0x00000001;

//GPL2PUD 寄存器,bit[01] 设置为 0x3,上拉模式

*GPL2PUD |= 0x0003;

}

void gpl2_on(void) //点亮 led

{

*GPL2DAT |= 0x01;

}

void gpl2_off(void) //灭掉 led

{

*GPL2DAT &= 0xfe;

}

static int __init led_gpl2_init(void) //模块初始化函数

{

printk("init \n");

gpl2_device_init(); //实现 IO 内存的映射

gpl2_configure(); //配置 GPL2 为输出模式

gpl2_on();

printk("led gpl2 open\n");

return 0;

}

static void __exit led_gpl2_exit(void) //模块卸载函数

{

printk("exit \n");

gpl2_off();

iounmap((void *)virt_addr); //撤销映射关系

printk("led gpl2 close\n");

}

module_init(led_gpl2_init);

module_exit(led_gpl2_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

MODULE_AUTHOR("dz20160510");

MODULE_VERSION("2016-05-10");

 

编译脚本

编译脚本 Makefile 代码如下。

#!/bin/bash

#通知编译器我们要编译模块的哪些源码

#这里是编译 read_gpio.c 这个文件编译成中间文件 read_gpio.o

obj-m += dri_ioremap.o

#源码目录变量,这里用户需要根据实际情况选择路径

#作者是将 Linux 的源码拷贝到目录/home/topeet/android4.0 下并解压的

KDIR := /home/topeet/android4.0/iTop4412_Kernel_3.0

#当前目录变量

PWD ?= $(shell pwd)

#make 命名默认寻找第一个目标

#make -C 就是指调用执行的路径

#$(KDIR)Linux 源码目录,作者这里指的是/home/topeet/android4.0/iTop4412_Kernel_3.0

#$(PWD)当前目录变量

#modules 要执行的操作

all:

make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

#make clean 执行的操作是删除后缀为 的文件

clean:

rm -rf *.o

 

编译运行测试

编译之后,运行 iTOP-4412 开发板最小系统,加载驱动模块,靠近 led 的灯会亮,卸载

模块则会灭。

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