iTOP-4412开发板ioremap控制GPIO寄存器

buguai

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0 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
GPL2CON，GPL2DAT，GPL2PUD的偏移地址分别是 0x0100，0x0104，0x0108
exnoys4412 中GPIO 寄存器最大是32 位，同时也可以是16 位或者是 8 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
GPL2CON，GPL2DAT，GPL2PUD的复位之后的值是 0x0000_0000，0x00，0x5555，那
么这几个寄存器的值分别是 32 位，8 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 1 则输出高电平”。那么GPL2DAT 寄存器的 bit
0 位写0 灯则灭，写 1 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 n 可以取 0-7，分别
对应 8个 pin 脚，n=0,2x0:2x0+1，就是bit[0，1]，n=1,2x1:2x1+1，就是 bit[2，3]依次类
推。GPL2[0]则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，C 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 j 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，C 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
j 的地址中读取，因而编译器生成的可执行码会重新从j 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_COL0→GPL2_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 8 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[0：1] 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 o 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。

huashengdun

不错啊，有没有关于Android针对GPIO的HAL教程呢

avr-arm

为何不走标准gpio结构？用ioremap搞寄存器感觉很单片机的玩法，个人不推荐。

常山赵子龙

不错啊，买了这个开发板，还没开始学~~

小七哥

avr-arm 发表于 2016-6-13 13:56
为何不走标准gpio结构？用ioremap搞寄存器感觉很单片机的玩法，个人不推荐。 ...

估计是为了对照吧~
如果是标准gpio，对理解了ioremap的人来说，那就很简单~

huashengdun

GPIO结构，其实仍然是ioremap吧，只不过封装了一层

wangcjishu

写的很详细，感谢楼主分享。

huashengdun

设备数是什么概念，哪位知道？

huashengdun

请问有没有对步进电机操作的文档，急需

buguai

常山赵子龙 发表于 2016-6-21 10:31
不错啊，买了这个开发板，还没开始学~~

年前忙也是搁置了几个月，一起学习啊