GPIO 使用
更新时间：2017-12-29 阅读：10372
简介
GPIO, 全称 General-Purpose Input/Output（通用输入输出），是一种软件运行期间能够动态配置和控制的通用引脚。
ROC-RK3328-CC有5组GPIO bank：GPIO0~GPIO3，每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分（不是所有 bank 都有全部编号)。
所有的GPIO在上电后的初始状态都是输入模式，可以通过软件设为上拉或下拉，也可以设置为中断脚，驱动强度都是可编程的。
每个 GPIO 口除了通用输入输出功能外，还可能有其它复用功能，例如 GPIO2_B7，可以利用成以下功能：
I2S1_MCLK
TSP_SYNC_M1
CIF_CLKOUT_M1
每个 GPIO 口的驱动电流、上下拉和重置后的初始状态都不尽相同，详细情况请参考《RK3328 规格书》中的 "Chapter 10 GPIO" 一章。 ROC-RK3328-CC 的 GPIO 驱动是在以下 pinctrl 文件中实现的：
kernel/drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c
其核心是填充 GPIO bank 的方法和参数，并调用 gpiochip_add 注册到内核中。
ROC-RK3328-CC开发板为方便用户开发使用，引出了一排通用的GPIO口，其对应引脚如下图：
本文以GPIO2_C4（也就是图中的SDO1）为例写了一份简单操作GPIO的驱动，在SDK里的路径为
kernel/drivers/gpio/gpio-firefly.c
输入输出
首先在DTS文件中增加驱动的资源描述：
kernel/arch/arm64/boot/dts/rk3328-roc-cc.dts
firefly-gpio{
compatible = "firefly,rk3328-gpio";
firefly-gpio = ;
status = "okay";
};
这里定义了一个脚作为一般的输出输入口：
firefly-gpio GPIO2_C4
GPIO_ACTIVE_HIGH表示高电平有效，如果想要低电平有效，可以改为：GPIO_ACTIVE_LOW，这个属性将被驱动所读取。
然后在probe函数中对DTS所添加的资源进行解析，代码如下：
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) {
dev_err(&pdev->dev, "devm_kzalloc failed!\n");
return -ENOMEM;
}
gpio = of_get_named_gpio_flags(firefly_gpio_node, "firefly-gpio", 0, &flag);
if (!gpio_is_valid(gpio)) {
dev_err(&pdev->dev, "firefly-gpio: %d is invalid\n", gpio);
return -ENODEV;
}
if (gpio_request(gpio, "firefly-gpio")) {
dev_err(&pdev->dev, "firefly-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");
gpio = of_get_named_gpio_flags(firefly_gpio_node, "firefly-irq-gpio", 0, &flag);
printk("firefly:the gpio:%d\n",gpio);
.......
}of_get_named_gpio_flags 从设备树中读取 firefly-gpio 和 firefly-irq-gpio 的 GPIO 配置编号和标志，gpio_is_valid 判断该 GPIO 编号是否有效，gpio_request 则申请占用该 GPIO。如果初始化过程出错，需要调用 gpio_free 来释放之前申请过且成功的 GPIO 。 在驱动中调用 gpio_direction_output 就可以设置输出高还是低电平，这里默认输出从DTS获取得到的有效电平GPIO_ACTIVE_HIGH，即为高电平，如果驱动正常工作，可以用万用表测得对应的引脚应该为高电平。 实际中如果要读出 GPIO，需要先设置成输入模式，然后再读取值：
int val; gpio_direction_input(your_gpio); val = gpio_get_value(your_gpio);
下面是常用的 GPIO API 定义：
#include#include 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);
中断
在Firefly的例子程序中还包含了一个中断引脚，GPIO口的中断使用与GPIO的输入输出类似，首先在DTS文件中增加驱动的资源描述：
kernel/arch/arm64/boot/dts/rk3328-roc-cc.dts
gpio {
compatible = "firefly,rk3328-gpio";
firefly-irq-gpio = ; /* GPIO2_C5 */
};
IRQ_TYPE_EDGE_RISING表示中断由上升沿触发，当该引脚接收到上升沿信号时可以触发中断函数。 这里还可以配置成如下：
IRQ_TYPE_NONE //默认值，无定义中断触发类型 IRQ_TYPE_EDGE_RISING //上升沿触发 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING //下降沿触发 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH //上升沿和下降沿都触发 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH //高电平触发 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW //低电平触发
然后在probe函数中对DTS所添加的资源进行解析，再做中断的注册申请，代码如下：
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) //中断函数
{
printk("Enter firefly gpio irq test program!\n");
return IRQ_HANDLED;
}调用gpio_to_irq把GPIO的PIN值转换为相应的IRQ值，调用gpio_request申请占用该IO口，调用request_irq申请中断，如果失败要调用free_irq释放，该函数中gpio_info->firefly_irq是要申请的硬件中断号，firefly_gpio_irq是中断函数，gpio_info->firefly_irq_mode是中断处理的属性，"firefly-gpio"是设备驱动程序名称，gpio_info是该设备的device结构，在注册共享中断时会用到。
复用
如何定义 GPIO 有哪些功能可以复用，在运行时又如何切换功能呢？以 I2C0为例做简单介绍
查规格表可知，I2C0_SDA 与 I2C0_SCL 的功能定义如下：
|
Pad# |
func0 |
func1 |
| I2C0_SDA/GPIO2_D1 |
gpio2d1 |
i2c0_sda |
| I2C0_SCL/GPIO2_D0 |
gpio2d0 |
i2c0_scl |
我们看看 i2c 的驱动程序 kernel/drivers/i2c/busses/i2c-rockchip.c 是如何切换复用功能的：
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);
// ...
}首先是调用 of_get_gpio 取出设备树中 i2c0 结点的 gpios 属于所定义的两个 gpio:
gpios = , ;
然后是调用 devm_gpio_request 来申请 gpio，接着是调用 pinctrl_lookup_state 来查找 “gpio” 状态，而默认状态 "default" 已经由框架保存到 i2c->dev-pins->default_state 中了。
最后调用 pinctrl_select_state 来选择是 "default" 还是 "gpio" 功能。
下面是常用的复用 API 定义：
#includestruct device {//... #ifdef CONFIG_PINCTRLstruct dev_pin_info *pins; #endif //...}; struct dev_pin_info { struct pinctrl *p; struct pinctrl_state *default_state; #ifdef CONFIG_PMstruct 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);
调试方法
IO指令
GPIO调试有一个很好用的工具，那就是IO指令，ROC-RK3328-CC的Android系统默认已经内置了IO指令，使用IO指令可以实时读取或写入每个IO口的状态，这里简单介绍IO指令的使用。 首先查看 io 指令的帮助：
#io --help Unknown option: ? Raw memory i/o utility - $Revision: 1.5 $ io -v -1|2|4 -r|w [-l] [-f ] [ ] -v Verbose, asks for confirmation -1|2|4 Sets memory access size in bytes (default byte) -l 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 to write on memory read, or to read on memory write The memory address to access 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.
从帮助上可以看出，如果要读或者写一个寄存器，可以用：
io -4 -r 0x1000 //读从0x1000起的4位寄存器的值 io -4 -w 0x1000 //写从0x1000起的4位寄存器的值
FAQs
Q1: 如何将PIN的MUX值切换为一般的GPIO？
A1: 当使用GPIO request时候，会将该PIN的MUX值强制切换为GPIO，所以使用该pin脚为GPIO功能的时候确保该pin脚没有被其他模块所使用。
Q2: 为什么我用IO指令读出来的值都是0x00000000？
A2: 如果用IO命令读某个GPIO的寄存器，读出来的值异常,如 0x00000000或0xffffffff等，请确认该GPIO的CLK是不是被关了，GPIO的CLK是由CRU控制，可以通过读取datasheet下面CRU_CLKGATE_CON* 寄存器来查到CLK是否开启，如果没有开启可以用io命令设置对应的寄存器，从而打开对应的CLK，打开CLK之后应该就可以读到正确的寄存器值了。
Q3: 测量到PIN脚的电压不对应该怎么查？
A3: 测量该PIN脚的电压不对时，如果排除了外部因素，可以确认下该pin所在的io电压源是否正确，以及IO-Domain配置是否正确。
Q4: gpio_set_value()与gpio_direction_output()有什么区别？
A4: 如果使用该GPIO时，不会动态的切换输入输出，建议在开始时就设置好GPIO 输出方向，后面拉高拉低时使用gpio_set_value()接口，而不建议使用gpio_direction_output(), 因为gpio_direction_output接口里面有mutex锁，对中断上下文调用会有错误异常，且相比 gpio_set_value，gpio_direction_output 所做事情更多，浪费。
