Kernel 中的 GPIO 定义和控制

最近要深一步用到GPIO口控制，写个博客记录下Kernel层的GPIO学习过程！

一、概念

     General Purpose Input Output （通用输入/输出）简称为GPIO，或 总线扩展器。也就是芯片的引脚，当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能。通常在ARM里，所有I/O都是通用的，

每个GPIO端口包含8个管脚，如PA端口是PA0～PA7,而且GPIO口至少有两个寄存器，即"通用IO控制寄存器"与"通用IO数据寄存器"。数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流通方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立地加以设置。比如，可以设置某个引脚的属性为输入、输出或其他特殊功能。

常用的应该是：高阻输入、推挽输出、开漏输出。

通俗理解为 ：

高阻输入—— 保持高阻抗状态，彻底断开输出，避免干扰，对总线状态不起作用，此时总线可由其他器件占用。

推挽输出——可以输出高,低电平,连接数字器件。

开漏输出——输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行。

软件上就是通过设置IO口的模式，然后控制IO的上拉下拉，写入对应寄存器，通过寄存器控制电路：

上拉寄存器是控制对应端口上拉使能(DE)的。当对应位为0时，设置对应引脚上拉使能，为1时，禁止对应引脚上拉使能。如果上拉寄存器使能，无论引脚功能寄存器如何设置（输入，输出，数据，中断等），对应引脚输出高电平。

上拉是一个电阻接到一个电压，其实就是增强IO的驱动能力，IO口是高电平。

下拉是一个电阻接到地，保证IO口是低电平。

二、kernel层调用接口实现

GPIO操作，在Kernel 2.6.32版本以上提供了gpio口管理的库文件/kernel/drivers/gpio/gpiolib.c，里面就是我们需要的接口函数实现！

几个主要的方法：

申请一个pin脚作为gpio口，命名为 * label,如果经过判断空闲的 申请成功了做一些初始的bit位设置。

释放这个gpio口，还原bit。

设置gpio口为输入模式：

其中的chip->direction_input(chip, gpio)为实现！

设置gpio口为输出模式 value为初始值 0为高电平/1为低电平：

其中的chip->direction_output(chip, gpio, value)为实现！

设置gpio口的值：

获取gpio口的值：

 对于有些挂载在I2C，SPI总线上的扩展GPIO，读写操作可能会导致睡眠，因此不能在中断函数中

  使用。使用下面的函数以区别于正常的GPIO

三、gpiolib.c关联芯片接口

以上为gpiolib.c的基本方法都是向下调用到对应芯片的gpio实现！

所以每个方法里面的实现都是通过 struct gpio_chip*chip 这个指针调用结构体中关联的相关接口！

下面是gplolib怎么关联到特定的芯片（mach-at91）的几个主要方法：

mach-at91的/kernel/arch/arm/mach-at91/gpio.c中的

gpiolib.c中的接口与mach-at91函数接口对应关系如下：

从上面可以看到 在gpiolib.c中的方法调用芯片（mach-at91）的映射关系：

比如：gpio_direction_output() 设置gpio口为输出模式中最终的实现调用chip->direction_output(chip, gpio, value)。

从上面可以看出来，也就是调用mach-at91的at91_gpiolib_direction_output()!

其它的类似。

gpiolib.c中的

添加到结构体：

这就保存到了 chip 指针。

这一部分在Kernel初始化的时候调用执行！

四、芯片（mach-at91）gpio口的接口

由gpiolib.c根据映射调用对应接口

定义为输出模式，初始设置val 上拉还是下拉 ， 写入数据寄存器。

同样设置为输入：

设置GPIO口的value 值 0或者1,已经设置为输出模式下：

读寄存器获取该GPIO口的值：

大体流程就这样了。