随笔--linux内核的gpiolib学习

gpiolib引入：(1)一个事实：很多硬件都要用到GPIO，GPIO会复用；(2)如果同一个GPIO被2个驱动同时控制了，就会出现bug；(3)内核提供gpiolib来统一管理系统中所有GPIO；(4)gpiolib本身属于驱动框架的一部分

和动态映射静态映射读写寄存器比较起来

gpiolib学习重点：

• gpiolib的建立过程：和虚拟地址的建立类似，内核在启动的过程中去调用gpiolib建立函数建立gpiolib
• gpiolib的使用方法：申请、使用、释放
• gpiolib的架构：涉及哪些目录的哪些文件里面的哪些函数哪些数据结构哪些变量，谁调用谁，为什么要分开为什么不写在一个文件，等能理解这些的时候就有了架构意识。继续努力！

[TOC]

开机调用gpiolib的建立函数

gpiolib的建立函数：s5pv210_gpiolib_init

gpiolib的建立

填充一个个s3c_gpio_chip这个结构体定义的变量（GPIO端口的抽象），最后把一个个端口的抽象的地址挂接到内核维护的一个gpio_desc结构体指针数组

s3c_gpio_chip结构体

(1)这个结构体是一个GPIO端口的抽象,这个结构体的一个变量就可以完全的描述一个端口。
(2)端口和IO口是两个概念。S5PV210有很多个IO口（160个左右），这些IO口被分成N个端口(port)，每个端口包含了M个IO口。(M个IO口又被映射到一个一个的寄存器).(有时候一个端口就只有一个寄存器代表有时候也有多个)。譬如GPA0是一个端口组，里面包含了8个IO口，我们一般记作：GPA0_0（或GPA0.0）、GPA0_1...
这是芯片设计决定的
(3)内核中为每个GPIO分配了一个编号，编号是一个数字（譬如一共有160个IO时编号就可以从1到160连续分布），编号可以让程序很方便的去识别每一个GPIO。

附：
arch/arm/plat-samsung/include/plat/gpio-core.h：struct s3c_gpio_chip
include/asm-generic/gpio.h：struct gpio_chip
arch/arm/plat-samsung/include/plat/gpio-cfg.h：struct s3c_gpio_cfg

s5pv210_gpio_4bit结构体数组

(1)这个东西是一个结构体数组，数组中包含了很多个struct s3c_gpio_chip类型的变量。一个struct s3c_gpio_chip类型的变量就代表了一个端口
(2)S5PV210_GPA0宏：设置当前端口的基础编号（读者自行追踪，慢慢体会），区别s3c_gpio_chip里的base
附：S5PV210_GPA0宏

函数samsung_gpiolib_add_4bit_chips

具体进行gpiolib的注册的。这个函数接收的参数是当前文件中定义好的结构体数组s5pv210_gpio_4bit（2个参数分别是数组名和数组元素个数），这个数组中其实就包含了当前系统中所有的IO端口的信息（这些信息包含：端口的名字、端口中所有GPIO的编号、端口操作寄存器组的虚拟地址基地址、端口中IO口的数量、端口上下拉等模式的配置函数、端口中的IO口换算其对应的中断号的函数等，有一些当前还没被赋值，接下来会被填充好）

samsung_gpiolib_add_4bit_chips
    ├── samsung_gpiolib_add_4bit    填充每一个GPIO被设置成输入模式/输出模式的操作方法
    └── s3c_gpiolib_add             检测并完善chip的direction_input/direction_ouput/set/get这4个方法
            │
            └── gpiochip_add        真正向内核注册gpiolib的函数
            
                        这个注册就是将我们的封装了一个GPIO端口的所有信息的chip结构体变量挂接到
                        内核gpiolib模块定义的一个gpio_desc数组中的某一个格子中
                        （和前面两个不一样，这个不是三星工程师写的，这个是内核开发者写的；
                          驱动就是内核开发者写一部分，厂商驱动开发工程师写一部分）

arch/arm/plat-samsung/gpiolib.c：samsung_gpiolib_add_4bit
arch/arm/plat-samsung/gpio.c：s3c_gpiolib_add
drivers/gpio/gpiolib.c：gpiochip_add

(1)哪个目录的哪个文件
(2)函数名中为什么有个4bit：三星的CPU中2440的CON寄存器是2bit对应一个IO口，而6410和210以及之后的系列中CON寄存器是4bit对应1个IO口。所以gpiolib在操作2440和210的CON寄存器时是不同的

整体框架

到这里停下来看看，到这里gpiolib的建立已经分析完了。不考虑数据结构s3c_gpio_chip等这些东西定义对应的目录，整体观望分析的目录和文件结构

从驱动框架角度分析gpiolib

之前的分析已经告一段落，目前已经搞清楚了gpiolib的建立工程。但是这只是整个gpiolib建立的一部分，是厂商驱动工程师负责的那一部分；还有另一部分是内核开发者提供的驱动框架的那一部分，就是接下来要去分析的第2部分 drivers/gpio/gpiolib.c这个文件中所有的函数构成了第2部分，也就是内核开发者写的gpiolib框架部分

drivers/gpio/gpiolib.c概览

drivers/gpio/gpiolib.c这个文件中提供的函数主要有以下部分：

gpiochip_add: 是框架开出来的接口，给厂商驱动工程师用，用于向内核注册我们的gpiolib
gpio_request: 是框架开出来的接口，给使用gpiolib来编写自己的驱动的驱动工程师用的，
              驱动中要想使用某一个gpio，就必须先调用gpio_request接口来向内核的gpiolib申请资源，得到允许后才可以去使用这个gpio
gpio_free:	  对应gpio_request，用来释放申请后用完了的gpio
gpio_request_one/gpio_request_array: 这两个是gpio_request的变种
gpiochip_is_requested:	接口用来判断某一个gpio是否已经被申请了
gpio_set_value设置输出值  gpio_get_value获取IO口值
gpio_direction_input/gpio_direction_output: 接口用来设置GPIO为输入/输出模式

以上的接口属于一类，这些都是给写其他驱动并且用到了gpiolib的人使用的
剩下的还有另外一类函数，是gpiolib内部自己的一些功能实现的代码

gpio_direction_input/gpio_direction_output：

gpiolib的attribute部分

和之前文章提到的LED驱动框架相比较，分析gpiolib的建立过程，整个过程其实就是在填充一个结构体变量，然后绑定到一个description数组。但是还有一个问题就是/sys/class/gpio这个文件是怎么来的，/sys/class/gpio底下的那些设备文件又是怎么来的，之前的led驱动是通过class_create、device_create来创建设备文件。所以可以推测gpiolib也是用这两个函数

gpiolib驱动也是用模块的机制实现的，从下往上分析：

DEVICE_ATTR相关知识：点击这里

使用gpiolib完成led驱动

第1步：使用gpio_request申请要使用的一个GPIO
第2步：gpio_direction_input/gpio_direction_output 设置输入/输出模式
第3步：设置输出值---gpio_set_value；获取IO口值---gpio_get_value

示例程序：leds-s5pv210.c 图中高亮部分为新添加 ；源代码

上述程序只是在led1上编写代码测试，扩展支持led2和led3、led4.可以分开注册也可以使用gpio_request_array去一次性注册

学习linux中查看gpio使用情况的方法：
内核中提供了虚拟文件系统debugfs，里面有一个gpio文件，提供了gpio的使用信息。 使用方法：mount -t debugfs debugfs /tmp，然后cat /tmp/gpio即可得到gpio的所有信息，使用完后umount /tmp卸载掉debugfs

总结：gpiolib工作原理

将驱动添加到内核中

点击这里