【整理者】61ic.com
【提供者】678755
【详细说明】GPIO分析

针对该gpio.c的硬件手册是SPRUE25.pdf，可到TI的网站（www.ti.com）上下载,或直接在谷歌里搜索。
以下是两个文件gpio.c和gpio.h的浅析。

gpio.c


/*
* TI DaVinci GPIO Support
*
* Copyright (c) 2006 David Brownell
* Copyright (c) 2007, MontaVista Software, Inc. <source@mvista.com>
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU General Public License as published by
* the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
* (at your option) any later version.
*/

#include <linux/errno.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/list.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/bitops.h>

#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/hardware/clock.h>

#include <asm/arch/irqs.h>
#include <asm/arch/hardware.h>
#include <asm/arch/gpio.h>
#include <asm/arch/cpu.h>

#include <asm/mach/irq.h>

/* 
该文件实现了gpio的各种应用功能和向内核注册gpio的中断例程等功能。
用户的驱动程序可调用gpio_request和gpio_free使用或释放该gpio，
可以调用gpio_direction_input和gpio_direction_output函数设置gpio输入输出方向，
调用gpio_get_value和gpio_set_value获取设置值。



逻辑上各个gpio都有自己的中断号，这样做的目的是使得驱动程序能通过request_irq()函数来申请该gpio的中断，而实际上除了gpio0-gpio7外，其他gpio都是共享四个gpiobank中断号的。通过gpio_irq_handler例程实现了共享中断号的目的。

*/

static DEFINE_SPINLOCK(gpio_lock);

/* 总共有DAVINCI_N_GPIO（71）个gpio引脚，故使用相应多的bit来记录这些引脚的使用状态 */
static DECLARE_BITMAP(gpio_in_use, DAVINCI_N_GPIO);

/*
申请一个gpio，其实就是检查该gpio是否空闲，如果空闲就可以使用并将该gpio相应的bit置位
（在gpio_in_use中）。
*/
int gpio_request(unsigned gpio, const char *tag)
{
if (gpio >= DAVINCI_N_GPIO)
return -EINVAL;

if (test_and_set_bit(gpio, gpio_in_use))
return -EBUSY;

return 0;
}
EXPORT_SYMBOL(gpio_request);

/*
释放一个gpio，其实就是清除gpio相应的控制bit位（在gpio_in_use中）。
*/
void gpio_free(unsigned gpio)
{
if (gpio >= DAVINCI_N_GPIO)
return;

clear_bit(gpio, gpio_in_use);
}
EXPORT_SYMBOL(gpio_free);

/* 获得gpio_controller结构体指针，gpio_controller结构体是gpio的核心控制单元，里面包含
gpio的设置和数据寄存器。该结构体和__gpio_to_controller函数在/include/asm-arm/
arch-davinci/gpio.h中定义，具体如下：
struct gpio_controller {
u32    dir;
u32    out_data;
u32    set_data;
u32    clr_data;
u32    in_data;
u32    set_rising;
u32    clr_rising;
u32    set_falling;
u32    clr_falling;
u32    intstat;
};

static inline struct gpio_controller *__iomem
__gpio_to_controller(unsigned gpio)
{
void *__iomem ptr;

if (gpio >= DAVINCI_N_GPIO)
return NULL;

if (gpio < 32)
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x10);
else if (gpio < 64)
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x38);
else if (gpio < 96)
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x60);
else
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x88);

return ptr;
}
由上面的定义和ti的SPRUE25.pdf手册可以看出，__gpio_to_controller函数返回的是
gpio_controller结构体到第一个成员dir的虚拟地址。获取了这个结构体指针后，
便可以控制相应的gpio了。dm644x共有71个gpio，
所以使用三个gpio_controller结构体控制，关于这个后面会由更详细的分析，
*/
/* create a non-inlined version */
static struct gpio_controller *__iomem gpio2controller(unsigned gpio)
{
return __gpio_to_controller(gpio);
}

/* 
向某个gpio设置值，0或1。如果向gpio写1，则向set_data寄存器相应的位置1，如果写0，
则向clr_data寄存器相应的位置1.__gpio_mask函数在gpio.h中定义，定义如下，
static inline u32 __gpio_mask(unsigned gpio)
{
return 1 << (gpio % 32);
}
因为71个引脚由3个结构体控制，第一个控制前32个gpio，第二个控制次32个gpio，
最后一个控制剩余的7个gpio，故__gpio_mask函数的作用是找到在其相应控制结构体里的偏移数，
比如gpio34,那么其由第二个结构体控制，在这个机构体里的偏移是3（从0开始算，就是第二位）。
使用这个函数之前，必须确认该gpio设置成输出模式。
*/
/*
* Assuming the pin is muxed as a gpio output, set its output value.
*/
void __gpio_set(unsigned gpio, int value)
{
struct gpio_controller *__iomem g = gpio2controller(gpio);

// 设置gpio的值

__raw_writel(__gpio_mask(gpio), value ? &g->set_data : &g->clr_data); 
}
EXPORT_SYMBOL(__gpio_set);

/* 
通过读取in_data寄存器相应该gpio的位来读取gpio的值。
使用这个函数之前，必须确认该gpio设置成输入模式，否则获得到值不可预料。 
*/
/*
* Read the pin's value (works even if it's set up as output);
* returns zero/nonzero.
*
* Note that changes are synched to the GPIO clock, so reading values back
* right after you've set them may give old values.
*/
int __gpio_get(unsigned gpio)
{
struct gpio_controller *__iomem g = gpio2controller(gpio);

/* 读取gpio的值，!!的目的是使得返回的值为0或1.*/
return !!(__gpio_mask(gpio) & __raw_readl(&g->in_data));    
}                                                                                                                  }
EXPORT_SYMBOL(__gpio_get);

/* 
通过dir寄存器相应该gpio的位来设置gpio输入输出方向，为0，则设置成输出，为1，则设置出输入。
该函数是设置成输入，故设置dir寄存器为1.
正如应为所说的，必须确认该引脚是作为gpio功能，而不是某个模块到功能，比如spi。通过PINMUX0
和PINMUX1两个寄存器来设置。
*/
/*--------------------------------------------------------------------------*/

/*
* board setup code *MUST* set PINMUX0 and PINMUX1 as
* needed, and enable the GPIO clock.
*/
int gpio_direction_input(unsigned gpio)
{
struct gpio_controller *__iomem g = gpio2controller(gpio);
u32 temp;
u32 mask;

if (!g)
return -EINVAL;

spin_lock(&gpio_lock);
mask = __gpio_mask(gpio);
temp = __raw_readl(&g->dir);
temp |= mask;    // 设置成1

__raw_writel(temp, &g->dir);    // 设置该gpio为输入

spin_unlock(&gpio_lock);
return 0;
}
EXPORT_SYMBOL(gpio_direction_input);

/*
通过dir寄存器相应该gpio的位来设置gpio输入输出方向，为0，则设置成输出，为1，则设置出输入。
该函数是设置成输出，故设置dir寄存器为0.
value参数用于选择gpio设置成输出后该gpio输出的值。
*/
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
{
struct gpio_controller *__iomem g = gpio2controller(gpio);
u32 temp;
u32 mask;

if (!g)
return -EINVAL;

spin_lock(&gpio_lock);
mask = __gpio_mask(gpio);
temp = __raw_readl(&g->dir);
temp &= ~mask;    // 设置成0


//设置该gpio输出值

__raw_writel(mask, value ? &g->set_data : &g->clr_data);
__raw_writel(temp, &g->dir);    // 设置gpio为输出

spin_unlock(&gpio_lock);
return 0;
}
EXPORT_SYMBOL(gpio_direction_output);

/*
向gpio设置值，0或1。
*/
void gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
{
if (__builtin_constant_p(value)) {
struct gpio_controller *__iomem g;
u32 mask;

if (gpio >= DAVINCI_N_GPIO)
__error_inval_gpio();

g = __gpio_to_controller(gpio);
mask = __gpio_mask(gpio);
if (value)
__raw_writel(mask, &g->set_data);    // 该gpio输出高

else
__raw_writel(mask, &g->clr_data);    // 该gpio输出低

return;
}

__gpio_set(gpio, value);
}
EXPORT_SYMBOL(gpio_set_value);

/*
读取gpio的值，0或1.
*/
int gpio_get_value(unsigned gpio)
{
struct gpio_controller *__iomem g;

if (!__builtin_constant_p(gpio))/* 判断该gpio值是否为编译时常数，如果是常数，
函数返回 1，否则返回 0 */
return __gpio_get(gpio);

if (gpio >= DAVINCI_N_GPIO)
return __error_inval_gpio();

g = __gpio_to_controller(gpio);

// 读取该gpio的值

return !!(__gpio_mask(gpio) & __raw_readl(&g->in_data));
}
EXPORT_SYMBOL(gpio_get_value);

/*
* We expect irqs will normally be set up as input pins, but they can also be
* used as output pins ... which is convenient for testing.
*
* NOTE: GPIO0..GPIO7 also have direct INTC hookups, which work in addition
* to their GPIOBNK0 irq (but with a bit less overhead). But we don't have
* a good way to hook those up ...
*
* All those INTC hookups (GPIO0..GPIO7 plus five IRQ banks) can also
* serve as EDMA event triggers.
*/

/*
禁止相应该irq的gpio的中断。每个gpio都可以作为中断的来源，其中gpio0-gpio7是独立的中断来源，
也就是分配独立的中断号，其他gpio则共用5个GPIOBNK中断线。其优先级可以在board-evm.c
中设置（已经介绍过）。在dm644x平台上，中断是电平边缘触发的，禁止中断其实就是既不设置
上升沿触发，也不设置下降沿触发。
*/
static void gpio_irq_disable(unsigned irq)
{
struct gpio_controller *__iomem g = get_irq_chipdata(irq);
u32 mask = __gpio_mask(irq_to_gpio(irq));

__raw_writel(mask, &g->clr_falling);    // 清除下降沿触发

__raw_writel(mask, &g->clr_rising);        // 清除上升沿触发

}

/*
中断使能。
在dm644x平台上，中断是电平边缘触发的，其实就是设置为上升沿或下降沿中断。
*/
static void gpio_irq_enable(unsigned irq)
{
struct gpio_controller *__iomem g = get_irq_chipdata(irq);
u32 mask = __gpio_mask(irq_to_gpio(irq));

// 如果先前为下降沿中断，则使能为下降沿中断

if (irq_desc[irq].status & IRQT_FALLING)
__raw_writel(mask, &g->set_falling);

// 如果先前为上升沿中断，则使能为上升沿中断

if (irq_desc[irq].status & IRQT_RISING)    
__raw_writel(mask, &g->set_rising);
}

/*
设置中断类型。
在dm644x平台上，中断有上升沿和下降沿两种触发方式。
*/
static int gpio_irq_type(unsigned irq, unsigned trigger)
{
struct gpio_controller *__iomem g = get_irq_chipdata(irq);
u32 mask = __gpio_mask(irq_to_gpio(irq));

if (trigger & ~(IRQT_FALLING | IRQT_RISING))
return -EINVAL;

irq_desc[irq].status &= ~IRQT_BOTHEDGE;
irq_desc[irq].status |= trigger;

__raw_writel(mask, (trigger & IRQT_FALLING)
? &g->set_falling : &g->clr_falling);     // 设置为下降沿触发

__raw_writel(mask, (trigger & IRQT_RISING)
? &g->set_rising : &g->clr_rising);    // 设置为上升沿触发

return 0;
}

/* 
该结构体用于注册到所有irq的中断描述结构体中（struct irqdesc），
而所有中断描述结构体定义成一个全局数组irq_desc 。
*/
static struct irqchip gpio_irqchip = {
.unmask        = gpio_irq_enable, /* 用于使能中断，
在enable_irq()等内核函数中会用到。*/    
.mask        = gpio_irq_disable,/* 用于禁止中断，
在disable_irq()等内核函数中会用到。*/
.type        = gpio_irq_type, /* 用于设置中断类型，
在set_irq_type()内核函数中会用到。*/
};

/*
该函数将在下面的davinci_gpio_irq_setup中使用，将被注册到五个gpio bank中断的
irq_desc结构中，目的是处理所有级联的gpio中断。所谓级联的中断, 就是指有n个中断
共用同一个中断线。
在dm644x平台中，除了gpio0-gpio7外，其他63个gpio都共用五个gpiobank中断线，在这里，
gpio0-gpio7也被注册到gpiobank中断线，但实际上他们会在irq.c中重新注册。其中，gpio0-gpio15共用IRQ_GPIOBNK0（56）中断线，gpio16-gpio31共用
IRQ_GPIOBNK1（57）中断线，gpio32-gpio47共用IRQ_GPIOBNK2（58）中断线，
gpio48-gpio63共用IRQ_GPIOBNK4（59）中断线，gpio64-gpio70共用
IRQ_GPIOBNK5（60）中断线，
因为寄存器是32位的，所以实际上只有三组寄存器，第一组包含bank0和bank1，
也就是gpio0-gpio31，第二组包含bank2和bank3，也就是gpio32-gpio63，
第三组包含bank4和bank5，也就是gpio64-gpio70，剩余了25个位没有使用。
*/
static void
gpio_irq_handler(unsigned irq, struct irqdesc *desc, struct pt_regs *regs)
{
struct gpio_controller *__iomem g = get_irq_chipdata(irq);
u32 mask = 0xffff;

/* we only care about one bank */
// 如果bank中断线是寄数，则说明该中断的中断状态位在INTSTATn寄存器的高16位

if (irq & 1)
mask <<= 16;

/* temporarily mask (level sensitive) parent IRQ */
desc->chip->ack(irq);// 该ack函数会在arch/arm/mach-davinci/irq.c中注册。

while (1) {
u32        status;
struct irqdesc    *gpio;
int        n;
int        res;

/* ack any irqs */
/*gpio中断发生后，硬件会在INTSTATn寄存器中置位相应位，
以备程序查询，确定是哪个gpio*/
status = __raw_readl(&g->intstat) & mask; 
if (!status)
break;
__raw_writel(status, &g->intstat);    // 向该位写1清除

if (irq & 1)
status >>= 16;

/* now demux them to the right lowlevel handler */
// 从下面的davinci_gpio_irq_setup函数可以看出来以下程序的运作。

n = (int)get_irq_data(irq);    // 获取该bank对应的第一个gpio号

gpio = &irq_desc[n];    // 获取该bank第一个gpio号对应的中断描述符

while (status) {    // 该bank可能有多个gpio发生了中断

res = ffs(status);    // 获取第一个发生了中断的位（1-32）

n += res;    /* 获得该gpio的中断线（系统实际上只有64（0-63）个中断线，
但那些共用的gpio的中断也有自己的断描述符和中断线（从64开始），
这样做的目的是使得驱动程序能通过request_irq()函数来申请该gpio的中断。*/
gpio += res;    //     获得该gpio的中断描述符


/* 调用下面注册的do_simple_IRQ例程
其又会调用用户通过request_irq()
注册的中断例程
*/
desc_handle_irq(n - 1, gpio - 1, regs);    
status >>= res;        
}
}
desc->chip->unmask(irq);    // 打开该irq中断线

/* now it may re-trigger */
}

/*
* NOTE: for suspend/resume, probably best to make a sysdev (and class)
* with its suspend/resume calls hooking into the results of the set_wake()
* calls ... so if no gpios are wakeup events the clock can be disabled,
* with outputs left at previously set levels, and so that VDD3P3V.IOPWDN0
* can be set appropriately for GPIOV33 pins.
*/
/*
注册gpio中断例程到内核中，并初始化了一些寄存器。
该函数将会被board_evm.c（其浅析已经发表）中的evm_init()函数调用。具体调用过程如下：
start_kernel()-->setup_arch()-->init_machine = mdesc->init_machine
(init_machine是个全局函数指针变量，其指向的就是已经注册到机器描述符里evm_init())；
调用函数指针init_machine()的例程是customize_machine()，其定义为
arch_initcall(customize_machine)，所以，接下来的调用过程是：
start_kernel()-->do_basic_setup()-->do_initcalls()-->customize_machine()-->
init_machine()（也就是evm_init()）-->davinci_gpio_irq_setup。
从上可以看出经历了两个过程，才调用davinci_gpio_irq_setup例程来初始化gpio中断。
*/
int __init davinci_gpio_irq_setup(void)
{
unsigned    gpio, irq, bank, banks;
struct clk    *clk;

clk = clk_get(NULL, "gpio");    // 获取时钟

if (IS_ERR(clk)) {
printk(KERN_ERR "Error %ld getting gpio clock?\n",
PTR_ERR(clk));
return 0;
}

clk_enable(clk);    // 使能gpio时钟并打开该模块电源


for (gpio = 0, irq = gpio_to_irq(0), bank = (cpu_is_davinci_dm355() ?
IRQ_DM355_GPIOBNK0 : (cpu_is_davinci_dm6467() ?
IRQ_DM646X_GPIOBNK0 : IRQ_GPIOBNK0));    // dm644x的IRQ_GPIOBNK0(56)

gpio < DAVINCI_N_GPIO; bank++) {    // dm644x的DAVINCI_N_GPIO(71)

struct gpio_controller    *__iomem g = gpio2controller(gpio);
unsigned        i;

// 关该bank所有gpio的中断

__raw_writel(~0, &g->clr_falling);
__raw_writel(~0, &g->clr_rising);

/* set up all irqs in this bank */
// 同一个bank的所有gpio共用一个中断例程gpio_irq_handler

set_irq_chained_handler(bank, gpio_irq_handler);
set_irq_chipdata(bank, g);
set_irq_data(bank, (void *)irq);

for (i = 0; i < 16 && gpio < DAVINCI_N_GPIO;
i++, irq++, gpio++) {
set_irq_chip(irq, &gpio_irqchip);    /* 注册用于gpio中断禁止、设能
和类型选择的回调例程 */
set_irq_chipdata(irq, g);            // 保存控制结构体（寄存器）的地址

set_irq_handler(irq, do_simple_IRQ);/* 为每个gpio中断设置同一个中
断例程do_simple_IRQ*/
set_irq_flags(irq, IRQF_VALID);        // fiq中断有效

}
}
/*    
一个共用bank中断线的gpio中断发生后的大致的流程是：
--> gpio_irq_handler --> do_simple_IRQ --> __do_irq --> 
action->handler（用户使用request_irq()注册的中断例程）
*/
/* BINTEN -- per-bank interrupt enable. genirq would also let these
* bits be set/cleared dynamically.
*/
if (cpu_is_davinci_dm355())
banks = 0x3f;
else
banks = 0x1f;

// 向BINTEN寄存器写入0x1f（共5个位，每个位控制1个bank），打开所有的bank中断

__raw_writel(banks, (void *__iomem)
IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x08));

printk(KERN_INFO "DaVinci: %d gpio irqs\n", irq - gpio_to_irq(0));

return 0;
}



gpio.h


/*
* TI DaVinci GPIO Support
*
* Copyright (c) 2006 David Brownell
* Copyright (c) 2007, MontaVista Software, Inc. <source@mvista.com>
*
* This program is free software; you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU General Public License as published by
* the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
* (at your option) any later version.
*/

#ifndef    __DAVINCI_GPIO_H
#define    __DAVINCI_GPIO_H

/*
* basic gpio routines
*
* board-specific init should be done by arch/.../.../board-XXX.c (maybe
* initializing banks together) rather than boot loaders; kexec() won't
* go through boot loaders.
*
* the gpio clock will be turned on when gpios are used, and you may also
* need to pay attention to PINMUX0 and PINMUX1 to be sure those pins are
* used as gpios, not with other peripherals.
*
* GPIOs are numbered 0..(DAVINCI_N_GPIO-1). For documentation, and maybe
* for later updates, code should write GPIO(N) or:
* - GPIOV18(N) for 1.8V pins, N in 0..53; same as GPIO(0)..GPIO(53)
* - GPIOV33(N) for 3.3V pins, N in 0..17; same as GPIO(54)..GPIO(70)
*
* For GPIO IRQs use gpio_to_irq(GPIO(N)) or gpio_to_irq(GPIOV33(N)) etc
* for now, that's != GPIO(N)
*/
#define    GPIO(X)        (X)        /* 0 <= X <= 70 */
#define    GPIOV18(X)    (X)        /* 1.8V i/o; 0 <= X <= 53 */
#define    GPIOV33(X)    ((X)+54)    /* 3.3V i/o; 0 <= X <= 17 */

/* 
寄存器都是32位到，每位对应一个gpio。
*/
struct gpio_controller {
u32    dir;            // gpio方向设置寄存器

u32    out_data;        // gpio设置为输出时，表示输出状态(0或1)

u32    set_data;        // gpio设置为输出时，用于输出高电平

u32    clr_data;        // gpio设置为输出时，用于输出低电平

u32    in_data;        // gpio设置为输入时，用于读取输入值

u32    set_rising;        // gpio中断上升沿触发设置

u32    clr_rising;        // gpio中断上升沿触发清除

u32    set_falling;    // gpio中断下降沿触发设置

u32    clr_falling;    // gpio中断下降沿触发清除

u32    intstat;        // gpio中断状态位，由硬件设置，可读取，写1时清除。

};

/* The __gpio_to_controller() and __gpio_mask() functions inline to constants
* with constant parameters; or in outlined code they execute at runtime.
*
* You'd access the controller directly when reading or writing more than
* one gpio value at a time, and to support wired logic where the value
* being driven by the cpu need not match the value read back.
*
* These are NOT part of the cross-platform GPIO interface
*/
static inline struct gpio_controller *__iomem
__gpio_to_controller(unsigned gpio)
{
void *__iomem ptr;

if (gpio >= DAVINCI_N_GPIO)
return NULL;

if (gpio < 32)
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x10);
else if (gpio < 64)
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x38);
else if (gpio < 96)
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x60);
else
ptr = (void *__iomem)IO_ADDRESS(DAVINCI_GPIO_BASE + 0x88);

return ptr;
}

static inline u32 __gpio_mask(unsigned gpio)
{
return 1 << (gpio % 32);
}

/* The get/set/clear functions will inline when called with constant
* parameters, for low-overhead bitbanging. Illegal constant parameters
* cause link-time errors.
*
* Otherwise, calls with variable parameters use outlined functions.
*/
extern int __error_inval_gpio(void);

extern void __gpio_set(unsigned gpio, int value);
extern int __gpio_get(unsigned gpio);

/* Returns zero or nonzero; works for gpios configured as inputs OR
* as outputs.
*
* NOTE: changes in reported values are synchronized to the GPIO clock.
* This is most easily seen after calling gpio_set_value() and then immediatly
* gpio_get_value(), where the gpio_get_value() would return the old value
* until the GPIO clock ticks and the new value gets latched.
*/
extern int gpio_get_value(unsigned gpio);
extern void gpio_set_value(unsigned gpio, int value);


/* powerup default direction is IN */
extern int gpio_direction_input(unsigned gpio);
extern int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);

#include <asm-generic/gpio.h>    /* cansleep wrappers */

extern int gpio_request(unsigned gpio, const char *tag);
extern void gpio_free(unsigned gpio);

static inline int gpio_to_irq(unsigned gpio)
{
return DAVINCI_N_AINTC_IRQ + gpio;
}

static inline int irq_to_gpio(unsigned irq)
{
return irq - DAVINCI_N_AINTC_IRQ;
}

#endif                /* __DAVINCI_GPIO_H */