Linux内核学习笔记之GPIO控制

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 * GPIO驱动程序控制GPIO接口高低电平
 * 四个GPIO识别为四个设备
 * 创建四个文件分别控制四个GPIO
 * echo on|off > /dev/driverx
 * 使用电表测量管脚电压观察结果
 * 本例内容详见LDD3第三章
 * 开发板：Tiny 4412
 * 主控芯片：Exynos 4412
 * author: zhangn
 * date: 2016-1-10
 ********************************/

#include <linux/module.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/proc_fs.h>

//定义设备号
#define GPIO_MAJOR  60  //主
#define GPIO_NUM    4   //次

//定义寄存器地址
#define GP_BASE    0X11000000  //设备的物理基地址，ioremap函数要用到
#define GP_SIZE    0X1000      //物理地址映射到内核的空间大小

//寄存器基于物理基地址偏移量
#define GPX3CON     0x0C60
#define GPX3DAT     0x0C64
#define GPX3PUD		0x0c68

//1.为每个char设备准备一个私有结构体
struct mygpio
{
	int gpio_num;//设备编号，本例中共有四个设备
	int gpio_state;//设备状态:on/1,off/0
	dev_t dev_id;//设备号，内核驱动必须有
	struct cdev gpio_cdev;//内核内部使用该结构来表示字符设备，内核调用设备操作之前必须分配该结构
};

static struct mygpio *gpios[GPIO_NUM];
static void __iomem *vir_base;//如果映射多次，写再结构体内部

//9.实现file_operations中的函数指针
static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	/*应用层每打开一次文件，内核维护一个ｆｉｌｅ结构体
	  同时为每个打开的文件维护一个ｉｎｏｄｅ结构体
	  一个文件多次打开有多个ｆｉｌｅ，但都指向同一个ｉｎｏｄｅ
	  对于inode结构体，我们这里只关心两个成员
	  dev_t i_rdev,包含init时注册到系统的设备编号
	  struct cdev *i_cdev指向一个cdev结构体的指针,一个cdev对应一个设备
	  在这里就是私有结构体mygpio的成员gpio_cdev的指针
	  应用层打开一个文件，内核创建一个ｆｉｌｅ结构体
	  ｆｉｌｅ中通过file_operations结构体讲一组操作文件的函数关联
	  同时内核维护一个ｉｎｏｄｅ，同一文件第一次打开创建，多次打开增加计数
	  详情请自行查阅ｖｆｓ相关资料
	  内核调用gpio_open函数时，通过inode参数将设备信息传进来
	  同时将每次打开文件的ｆｉｌｅ的信息传进来
	  这里详见ldd3第三章
	   */
	struct mygpio *tmp = container_of(inode->i_cdev, struct mygpio, gpio_cdev);
	filp->private_data = tmp;//该成员主要用来在不同函数中通过ｆｉｌｅ传递数据
	return 0;
}

static int gpio_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	//如果ｏｐｅｎ中有需要释放的资源在这里释放
	//ｏｐｅｎ中的ｔｍｐ指向的内存在外面分配和释放，这里不需要释放
	return 0;
}

static ssize_t gpio_write(struct file *filp, const char __user *buf,
							size_t count, loff_t *f_pos)
{
	struct mygpio *dev = filp->private_data;
	char tmp[10] = {0};
	int value;

	if(copy_from_user(tmp, buf, 3))
		return -EFAULT;
	if(strncmp(tmp, "on", 2) == 0)
	{
		value = readl(vir_base + GPX3DAT);
		value &= ~(1 << (dev->gpio_num+2));
		writel(value, vir_base + GPX3DAT);
		dev->gpio_state = 1;
	}
	else if(strncmp(tmp, "off", 3) == 0)
	{
		value = readl(vir_base + GPX3DAT);
		value |= 1 << (dev->gpio_num + 2);
		writel(value, vir_base + GPX3DAT);
		dev->gpio_state = 0;
	}
	else
		return -1;
	return count;
}

//2.准备file_operations结构体
static struct file_operations gpio_fops = 
{
	.owner   = THIS_MODULE,
	.open    = gpio_open,
	.release = gpio_release,
	.write   = gpio_write,
};

static int __init my_init(void)
{
	int i, value;
	//3.物理地址映射到内核虚拟地址
	vir_base = ioremap(GP_BASE, GP_SIZE);
	if(!vir_base)
	{
		printk("Cannot ioremap\n");
		return -EIO;
	}

	//以下工作每个设备完成一次
	for(i = 0; i < GPIO_NUM; ++i)
	{
		//4.为每个设备的私有结构体分配内存
		gpios[i] = kzalloc(sizeof(*gpios[i]), GFP_KERNEL);
		if(!gpios[i])
		{
			//为已分配成功的结构体释放内存
			for(; i >= 0; --i)
				kfree(gpios[i]);
			//释放地址映射
			iounmap(vir_base);
			return -ENOMEM;
		}

		//5.为每个设备初始化寄存器
		value = readl(vir_base + GPX3CON);
		value |= 0x11111111;
		writel(value, vir_base + GPX3CON);

		value = readl(vir_base + GPX3DAT);
		value |= 1 << (i+2);//使用寄存器的第２３４５号管脚
		writel(value, vir_base + GPX3DAT);

		value = readl(vir_base + GPX3PUD);
		value = 0x3;
		writel(value, vir_base + GPX3PUD);

		gpios[i]->gpio_num = i;
		gpios[i]->gpio_state = 0;

		//6.为设备分配主次设备号
		gpios[i]->dev_id = MKDEV(GPIO_MAJOR, i);
		//7.初始化cdev结构体，并和file_operations结构体关联
		cdev_init(&gpios[i]->gpio_cdev, &gpio_fops);
		gpios[i]->gpio_cdev.owner = THIS_MODULE;
		gpios[i]->gpio_cdev.ops = &gpio_fops;
		//8.通过cdev_add将mygpio中的设备号添加到cdev结构体中
		cdev_add(&gpios[i]->gpio_cdev, gpios[i]->dev_id, 1);
	}

	return 0;
}

static void __exit my_exit(void)
{
	int i;
	iounmap(vir_base);
	for(i = 0; i < GPIO_NUM; ++i)
	{
		if(gpios[i])
		{
			cdev_del(&gpios[i]->gpio_cdev);
			kfree(gpios[i]);
		}
	}
}


module_init(my_init);
module_exit(my_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ZhangN");