Marvell-linux研究—gpio.c源代码分析
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作者联系方式：李先静 <xianjimli at hotmail dot com>
更新时间：2007-7-4
GPIO是 General Programmable Input Output Pin的首字母缩写，G(General)表示通用，就是可以用于多种用途，P(Programmable)表示可编程，就是可以用程序去控制它，I(Input)表示输入，就是可以用于从外设读取数据，而O(Output)表示输出，也就是可以用于向外设输出数据。总之，它是CPU与外设进行交互的一种方式。
正如其名字所示的，它可以用于多种用途，至于具体做什么，要根据实际情况进行配置。最简单的用途可能是用它来连接一个LED，用程序来控制LED点亮或者关闭，这种用法在实验板上很常见。
GPIO编程简单而又功能强大，所以我们选择它作为研究的入口。今天我们分析一下arch/arm/mach-pxa/gpio.c的源代码，该文件提供了对GPIO编程提供了最基本的抽象：
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56 int mhn_gpio_set_direction(int gpio_id, int dir)
57 {
58 unsigned long flags;
59 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
60
61 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
62
63 spin_lock_irqsave(&gpio_spin_lock, flags);
64 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
65 if (gpio >= GPIO_EXP_START) {
66 spin_unlock_irqrestore(&gpio_spin_lock, flags);
67 return gpio_exp_set_direction(gpio, dir);
68 }
69 #endif
70 if (dir == GPIO_DIR_IN)
71 G CDR(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
72 else
73 GSDR(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
74
75 spin_unlock_irqrestore(&gpio_spin_lock, flags);
76
77 return 0;
78 }
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该函数用于设置某个GPIO数据的流动方向，所谓方向就是指input还是output，如果dir等于GPIO_DIR_IN则为input，否则为output。只能二选一，不同时即作为input又作为output。
MFP2GPIO(gpio_id)只是确保gpio_id的高16位为0，而GPIO_ID_VERIFY(gpio)确保gpio_id没有超出范围。
64-69行：如果支持GPIOEX，而且gpio >= GPIO_EXP_START，则调用另外一个函数gpio_exp_set_direction去设置。后面的函数若有类似的处理，我们就不多说了。
注意：
PXA系列芯片有128个GPIO，对于一般的设置，每个GPIO都占用寄存器的一位，所以每类寄存器都需要4个（共128位）。G CDR(gpio)之类宏就是为了把gpio映射到对应的寄存器上，而1u << (gpio & 0x1f)之类的代码就是为了设置对应的位。
PXA系列芯片对于一般的GPIO设置，都有三个寄存器，一个用于读取设置，一个用于把设置置为1，一个用于把设置清为零。这样做的目的可能是为了提高效率，在设置时不必把寄存器的值先读出来，设置适当的位，然后写回去。按这种方式设计，在设置时，不会影响其它GPIO的值，所以不必读取原来的值。
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80 int mhn_gpio_get_direction(int gpio_id)
81 {
82 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
83
84 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
85 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
86 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
87 return gpio_exp_get_direction(gpio);
88 #endif
89
90 if (GPDR(gpio) & (1u << (gpio & 0x1f)))
91 return GPIO_DIR_OUT;
92 else
93 return GPIO_DIR_IN;
94 }
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该函数获取某个GPIO数据的流动方向，正如前面所说，获取方向时用的另外一个寄存器--GPDR。
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96 int mhn_gpio_set_level(int gpio_id, int level)
97 {
98 unsigned long flags;
99 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
100
101 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
102
103 spin_lock_irqsave(&gpio_spin_lock, flags);
104 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
105 if (gpio >= GPIO_EXP_START) {
106 spin_unlock_irqrestore(&gpio_spin_lock, flags);
107 return gpio_exp_set_level(gpio, level);
108 }
109 #endif
110
111 if (level == GPIO_LEVEL_LOW)
112 GPCR(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
113 else
114 GPSR(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
115
116 spin_unlock_irqrestore(&gpio_spin_lock, flags);
117
118 return 0;
119 }
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该函数用于设置输出的数据，可以设置输出高电平或者低电平，它与设置数据流动方向的函数类似，只是操作GPCR和GPSR两个寄存器，这里不再多说。让人费解是，不就是输出的数据嘛，为什么要叫level而不叫data呢。我想可能与《PXA300 and PXA310 Developers Manual 1》的4.11.3.2中所说的Second Level Generic Wakeups有关呢。
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121 int mhn_gpio_get_level(int gpio_id)
122 {
123 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
124
125 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
126 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
127 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
128 return gpio_exp_get_level(gpio);
129 #endif
130
131 if (GPLR(gpio) & (1u << (gpio & 0x1f)))
132 return GPIO_LEVEL_HIGH;
133 else
134 return GPIO_LEVEL_LOW;
135 }
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该函数用于获取输入数据，其与获取数据流动方向类似，只是操作GPLR寄存器。
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140 int mhn_gpio_set_rising_edge_detect(int gpio_id, int enable)
141 {
142 unsigned long flags;
143 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
144
145 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
146 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
147 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
148 return 0;
149 #endif
150
151 spin_lock_irqsave(&gpio_spin_lock, flags);
152
153 if (enable == 0)
154 GCRER(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
155 else
156 GSRER(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
157
158 spin_unlock_irqrestore(&gpio_spin_lock, flags);
159
160 return 0;
161 }
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该函数用于设置是否启用上升沿触发中断，它与设置数据流动方向的函数类似，只是操作GCRER和GSRER两个寄存器。如果启用，则输入数据从低电平进入高电平时触发中断。
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163 int mhn_gpio_get_rising_edge_detect(int gpio_id)
164 {
165 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
166
167 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
168 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
169 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
170 return 0;
171 #endif
172
173 if (GRER(gpio) & (1u << (gpio & 0x1f)))
174 return 1;
175
176 return 0;
177 }
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该函数用于判断是否启用了上升沿触发中断。
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179 int mhn_gpio_set_falling_edge_detect(int gpio_id, int enable)
180 {
181 unsigned long flags;
182 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
183
184 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
185
186 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
187 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
188 return 0;
189 #endif
190
191 spin_lock_irqsave(&gpio_spin_lock, flags);
192
193 if (enable == 0)
194 GCRER(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
195 else
196 GSRER(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
197
198 spin_unlock_irqrestore(&gpio_spin_lock, flags);
199
200 return 0;
201 }
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该函数用于设置是否启用下降沿触发中断，它与设置数据流动方向的函数类似，只是操作GCFER和GSFER两个寄存器。如果启用，则输入数据从高电平进入低电平时触发中断。由于该函数与mhn_gpio_set_rising_edge_detect极为类似，作者copy-paste时忘了修改寄器，所以代码中的寄存器是错的。
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203 int mhn_gpio_get_falling_edge_detect(int gpio_id)
204 {
205 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
206
207 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
208
209 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
210 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
211 return 0;
212 #endif
213
214 if (GFER(gpio) & (1u << (gpio & 0x1f)))
215 return 1;
216
217 return 0;
218 }
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该函数用于判断是否启用了下降沿触发中断。
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220 int mhn_gpio_get_edge_detect_status(int gpio_id)
221 {
222 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
223
224 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
225
226 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
227 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
228 return 0;
229 #endif
230
231 if (GEDR(gpio) & (1u << (gpio & 0x1f)))
232 return 1;
233
234 return 0;
235 }
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该函数用于检测是否发生了电平变化，即是否有上升沿触发中断，或者下降沿触发中断发生。
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237 int mhn_gpio_clear_edge_detect_status(int gpio_id)
238 {
239 unsigned long flags;
240 int gpio = MFP2GPIO(gpio_id);
241
242 GPIO_ID_VERIFY(gpio);
243
244 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
245 if (gpio >= GPIO_EXP_START)
246 return 0;
247 #endif
248
249 spin_lock_irqsave(&gpio_spin_lock, flags);
250
251 GEDR(gpio) = 1u << (gpio & 0x1f);
252
253 spin_unlock_irqrestore(&gpio_spin_lock, flags);
254
255 return 0;
256 }
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清除发生电平变化的标志，如果发生电平变化，GEDR会自动设置，但不会自动清除，而需要程序主动清除。这里获取和清除是同一个寄存器，原因是不需要程序去设置，所以不需要独立的寄存器。
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262 void mhn_gpio_save(void)
263 {
264 gpio_saved_reg.gpdr0 = GPDR0;
265 gpio_saved_reg.gpdr1 = GPDR1;
266 gpio_saved_reg.gpdr2 = GPDR2;
267 gpio_saved_reg.gpdr3 = GPDR3;
268
269 gpio_saved_reg.gplr0 = GPLR0;
270 gpio_saved_reg.gplr1 = GPLR1;
271 gpio_saved_reg.gplr2 = GPLR2;
272 gpio_saved_reg.gplr3 = GPLR3;
273
274 gpio_saved_reg.grer0 = GRER0;
275 gpio_saved_reg.grer1 = GRER1;
276 gpio_saved_reg.grer2 = GRER2;
277 gpio_saved_reg.grer3 = GRER3;
278
279 gpio_saved_reg.gfer0 = GFER0;
280 gpio_saved_reg.gfer1 = GFER1;
281 gpio_saved_reg.gfer2 = GFER2;
282 gpio_saved_reg.gfer3 = GFER3;
283 }
284
285 void mhn_gpio_restore(void)
286 {
287 GPDR0 = gpio_saved_reg.gpdr0;
288 GPDR1 = gpio_saved_reg.gpdr1;
289 GPDR2 = gpio_saved_reg.gpdr2;
290 GPDR3 = gpio_saved_reg.gpdr3;
291
292 GPSR0 = gpio_saved_reg.gplr0;
293 GPSR1 = gpio_saved_reg.gplr1;
294 GPSR2 = gpio_saved_reg.gplr2;
295 GPSR3 = gpio_saved_reg.gplr3;
296 GPCR0 = ~(gpio_saved_reg.gplr0);
297 GPCR1 = ~(gpio_saved_reg.gplr1);
298 GPCR2 = ~(gpio_saved_reg.gplr2);
299 GPCR3 = ~(gpio_saved_reg.gplr3);
300
301 GRER0 = gpio_saved_reg.grer0;
302 GRER1 = gpio_saved_reg.grer1;
303 GRER2 = gpio_saved_reg.grer2;
304 GRER3 = gpio_saved_reg.grer3;
305
306 GFER0 = gpio_saved_reg.gfer0;
307 GFER1 = gpio_saved_reg.gfer1;
308 GFER2 = gpio_saved_reg.gfer2;
309 GFER3 = gpio_saved_reg.gfer3;
310 }
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这两个函数用于保存或恢复GPIO的设置，主要是在电源管理中，用于suspend和resume。
在PXA3xxx中，GPIO实际上已经是一个逻辑上的概念，它不但可以作为通用的IO，可以作为专用的IO Pin，这可以通过程序设置，在Multi-Function Pin中，我们将继续研究。
~~end~~