GPIO控制程序说明

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1.概述

本文档主要介绍PCUPID上如何通过配置padmux来实现gpio的复用功能，主要参考了《 GPIO使用说明》。

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2.关键字

dts/dtsi：

Linux设备树文件，通常用于描述CPU所支持的外设，外设节点中包含的属性值可用于外设的配置。

padmux：

引脚复用，用于将模块功能引脚连接到具体的外部引脚上面，打通信号连接。

表1：PCUPID GPIO index与PAD对应表

Pad Name	GPIO Index	Pad Name	GPIO Index	Pad Name	GPIO Index	Pad Name	GPIO Index
PAD_UART0_TX	0	PAD_GPIOE_28	37	PAD_GPIOB_04	74	PAD_SAR_ADC0_05	111
PAD_PWM_OUT00	1	PAD_GPIOA_00	38	PAD_GPIOB_05	75	PAD_SAR_ADC0_06	112
PAD_PWM_OUT01	2	PAD_GPIOA_01	39	PAD_GPIOB_06	76	PAD_SAR_ADC0_07	113
PAD_SPI_CK	3	PAD_GPIOA_02	40	PAD_GPIOB_07	77	PAD_SAR_ADC0_08	114
PAD_SPI_HLD	4	PAD_GPIOA_03	41	PAD_GPIOB_08	78	PAD_SAR_ADC0_09	115
PAD_SPI_CZ	5	PAD_GPIOA_04	42	PAD_OUTP_RX0_CH0	79	PAD_SAR_ADC0_10	116
PAD_SPI_WPZ	6	PAD_GPIOA_05	43	PAD_OUTN_RX0_CH0	80	PAD_SAR_ADC0_11	117
PAD_SPI_DI	7	PAD_GPIOA_06	44	PAD_OUTP_RX0_CH1	81	PAD_SAR_ADC0_12	118
PAD_SPI_DO	8	PAD_GPIOA_07	45	PAD_OUTN_RX0_CH1	82	PAD_SAR_ADC0_13	119
PAD_GPIOE_00	9	PAD_GPIOA_08	46	PAD_OUTP_RX0_CH2	83	PAD_SAR_ADC0_14	120
PAD_GPIOE_01	10	PAD_GPIOA_09	47	PAD_OUTN_RX0_CH2	84	PAD_PWM_ADC01	121
PAD_GPIOE_02	11	PAD_GPIOA_10	48	PAD_OUTP_RX0_CH3	85	PAD_PWM_ADC00	122
PAD_GPIOE_03	12	PAD_GPIOA_11	49	PAD_OUTN_RX0_CH3	86	PAD_GPIOD_01	123
PAD_GPIOE_04	13	PAD_EMMC_RST	50	PAD_GPIOC_00	87	PAD_GPIOD_02	124
PAD_GPIOE_05	14	PAD_EMMC_CLK	51	PAD_GPIOC_01	88	PAD_GPIOD_03	125
PAD_GPIOE_06	15	PAD_EMMC_CMD	52	PAD_GPIOC_02	89	PAD_GPIOD_00	126
PAD_GPIOE_07	16	PAD_EMMC_DS	53	PAD_GPIOC_03	90	PAD_UART0_RX	127
PAD_GPIOE_08	17	PAD_EMMC_D3	54	PAD_GPIOC_04	91	PAD_PM_GPIO4	128
PAD_GPIOE_09	18	PAD_EMMC_D4	55	PAD_GPIOC_05	92	PAD_PM_GPIO5	129
PAD_GPIOE_10	19	PAD_EMMC_D0	56	PAD_GPIOC_06	93	PAD_PM_PWM1_OUT	130
PAD_GPIOE_11	20	PAD_EMMC_D5	57	PAD_GPIOC_07	94	PAD_PM_I2C_SDA	131
PAD_GPIOE_12	21	PAD_EMMC_D1	58	PAD_GPIOC_08	95	PAD_PM_PWM0_OUT	132
PAD_GPIOE_13	22	PAD_EMMC_D6	59	PAD_OUTP_CH0	96	PAD_PM_I2C_SCL	133
PAD_GPIOE_14	23	PAD_EMMC_D2	60	PAD_OUTN_CH0	97	PAD_PM_GPIO1	134
PAD_GPIOE_15	24	PAD_EMMC_D7	61	PAD_OUTP_CH1	98	PAD_PM_GPIO3	135
PAD_GPIOE_16	25	PAD_GPIOA_12	62	PAD_OUTN_CH1	99	PAD_PM_UART1_TX	136
PAD_GPIOE_17	26	PAD_GPIOA_13	63	PAD_OUTP_CH2	100	PAD_PM_GPIO2	137
PAD_GPIOE_18	27	PAD_GPIOA_14	64	PAD_OUTN_CH2	101	PAD_PM_GPIO7	138
PAD_GPIOE_19	28	PAD_GPIOA_15	65	PAD_OUTP_CH3	102	PAD_PM_GPIO6	139
PAD_GPIOE_20	29	PAD_GPIOA_16	66	PAD_OUTN_CH3	103	PAD_PM_UART1_RX	140
PAD_GPIOE_21	30	PAD_GPIOA_17	67	PAD_OUTP_CH4	104	PAD_PM_ADC00_IN	141
PAD_GPIOE_22	31	PAD_GPIOA_18	68	PAD_OUTN_CH4	105	PAD_PM_GPIO0	142
PAD_GPIOE_23	32	PAD_GPIOA_19	69	PAD_SAR_ADC0_00	106
PAD_GPIOE_24	33	PAD_GPIOB_00	70	PAD_SAR_ADC0_01	107
PAD_GPIOE_25	34	PAD_GPIOB_01	71	PAD_SAR_ADC0_02	108
PAD_GPIOE_26	35	PAD_GPIOB_02	72	PAD_SAR_ADC0_03	109
PAD_GPIOE_27	36	PAD_GPIOB_03	73	PAD_SAR_ADC0_04	110

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3.Uboot配置

3.1、uboot config配置如下

[*] SigmaStar drivers  --->

    [*]   SigmaStar GPIO
    [*]   SigmaStar padmux

3.2、dts配置如下，compatible一般不会修改，status根据需要配置 okay/disabled.

      gpio: gpio {
            compatible = "sstar,gpio";
            tatus = "okay";
      };

3.3、uboot cmd使用

gpio input <gpio#>  --> gpio input 69  // gpio69 set as input
gpio set <gpio#>    --> gpio set 10    // gpio10 set as output high
gpio clear <gpio#>  --> gpio clear 49  // gpio49 set as output low
gpio toggle <gpio#> --> gpio toggle 49 // gpio49 level toggle
gpio status <gpio#> --> gpio status 20 // gpio20 status

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4.kernel相关配置

4.1、kernel config配置说明

Device Drivers  --->

    [*] GPIO Support  --->
        [*]   /sys/class/gpio/... (sysfs interface)

    [*] SStar SoC platform drivers  --->
        [*]   Sstar GPIO driver
        [*]   Sstar PADMUX driver

4.2 、dts参数配置说明

        gpio: gpio {
            compatible = "sstar,gpio";
            #gpio-cells = <2>;
            status = "okay";
        };

属性	描述	备注
compatible	用于匹配驱动进行驱动注册	禁止修改
#gpio-cells	声明设备节点gpio cells的个数	配置为2表示第一个cell为gpio号，第二个cell表示gpio有效电平
status	驱动开关	根据需要配置，ok/disabled

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5.复用功能介绍

当需要使用GPIO的复用功能时候，首先需要获取所要操作的PIN脚的name、所要复用的mux mode，将他们配置在xxx-padmux.dtsi中：

<PAD_GPIOC_02            PINMUX_FOR_I2S0_MCK_MODE_1       MDRV_PUSE_I2S0_MCK>,
<PAD_GPIOC_03            PINMUX_FOR_I2S0_RX_MODE_1        MDRV_PUSE_I2S0_RX_BCK>,
<PAD_GPIOC_04            PINMUX_FOR_I2S0_RX_MODE_1        MDRV_PUSE_I2S0_RX_WCK>,
<PAD_GPIOC_05            PINMUX_FOR_I2S0_RX_MODE_1        MDRV_PUSE_I2S0_RX_SDI>,
<PAD_GPIOC_06            PINMUX_FOR_I2S0_TX_MODE_1        MDRV_PUSE_I2S0_TX_SDO>,
<PAD_GPIOC_07            PINMUX_FOR_I2S0_TX_MODE_1        MDRV_PUSE_I2S0_TX_BCK>,
<PAD_GPIOC_08            PINMUX_FOR_I2S0_TX_MODE_1        MDRV_PUSE_I2S0_TX_WCK>,

如上I2S0的配置所示，第一列是pad name，可以在表1中获取（或者查阅/drivers/sstar/include/pcupid/gpio.h），第二列表示pad的复用模式（查阅/drivers/sstar/include/pcupid/padmux.h），第三列则是当前这组padmux配置的名字（查阅/drivers/sstar/include/drv_puse.h），也是该pad在当前mode下的功能。

以PAD_GPIOC_02为例，它支持的mode如表2，当该pad作为I2S0的MCLK输出主时钟信号时需要配置成 PINMUX_FOR_I2S0_MCK_MODE_1 ；而作为PWM2使用时需要配置为 PINMUX_FOR_PWM2_MODE_1 。

表2：PAD_GPIOC_02支持的mode一览

mode	mode	mode
PINMUX_FOR_GPIO_MODE	PINMUX_FOR_FUART_MODE_2	PINMUX_FOR_FUART_2W_MODE_2
PINMUX_FOR_I2S0_MCK_MODE_1	PINMUX_FOR_BT656_OUT_MODE_1	PINMUX_FOR_TTL24_MODE_1
PINMUX_FOR_TTL18_MODE_1	PINMUX_FOR_TTL18_MODE_2	PINMUX_FOR_TTL16_MODE_1
PINMUX_FOR_TTL16_MODE_2	PINMUX_FOR_TTL_SRGB8_MODE_1	PINMUX_FOR_LCD8_MODE_1
PINMUX_FOR_LCD16_MODE_1	PINMUX_FOR_LCD18_MODE_1	PINMUX_FOR_PWM2_MODE_1
PINMUX_FOR_IR2_IN_MODE_1	PINMUX_FOR_PSPI0_G_MODE_1	PINMUX_FOR_PSPI1_4W_MODE_2

当配置完成后需要检查下是否有其他pad配置成了相同的mode，或者是相同的pad配置成其他的mode，这样会引发冲突，可能会导致配置的padmux失效，需要注释掉或者重新选择pad。

// 以DMIC为例，演示下冲突的情况
// SDMMC1
...
<PAD_GPIOA_07            PINMUX_FOR_GPIO_MODE             MDRV_PUSE_SDIO0_PWR>,
...
// DMIC
<PAD_GPIOA_07            PINMUX_FOR_DMIC_8CH_MODE_3       MDRV_PUSE_DMIC0_CLK>,
...

如上所示，dtsi中同时配置了PAD_GPIO_07这个引脚，分别配置成GPIO模式和DMIC，用做SDIO的pwr和DMIC的clk，如果没有注释掉其中一个配置，由于引脚冲突注定有一个配置的功能是无法使用的。

总结一下需要注意的事项：

• 一个pad只能配置成一种mode，如果配置了多个mode会冲突；

• 一个MDRV_PUSE_XXX只能对应一组pad配置，不可以存在多组相同的MDRV_PUSE_XXX配置，否则也会冲突；

• 配置的pad和mode需要对应。

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6.Sample code

用户空间控制gpio代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>

#define GPIO_93_PIN   "93"
#define GPIO_DIR_VAL  "out"
#define GPIO_VAL_H    "1"
#define GPIO_VAL_L    "0"

int main(int argc, char *argv[])
{
    char buff[2] = {0};
    int gpio_val_fd = 0;
    int gpio_dir_fd = 0;
    int gpio_export_fd = 0;
    int pin_val = 0;

    gpio_export_fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
    if (gpio_export_fd < 0)
    {
        printf("open gpio export failed\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        write(gpio_export_fd, GPIO_93_PIN, sizeof(GPIO_93_PIN));
    }

    gpio_dir_fd = open("/sys/devices/gpiochip0/gpio/gpio93/direction", O_RDWR);
    if (gpio_val_fd < 0)
    {
        close(gpio_export_fd);
        printf("open direction failed\n");
        return -2;
    }

    write(gpio_dir_fd, GPIO_DIR_VAL, sizeof(GPIO_DIR_VAL));

    gpio_val_fd = open("/sys/class/gpio/gpio93/value", O_RDWR);
    if (gpio_val_fd == -1)
    {
        printf("gpio open failed\n");
        close(gpio_export_fd);
        close(gpio_dir_fd);
        return -3;
    }
    else
    {
        printf("/sys/class/gpio/gpio93/value\n");
    }

    memset(buff, 0, 2);
    read(gpio_val_fd, buff, 1);
    pin_val = atoi(buff);
    printf("first read gpio val %d, %s\n", pin_val, buff);
    write(gpio_val_fd, GPIO_VAL_H, sizeof(GPIO_VAL_H));

    close(gpio_val_fd);
    gpio_val_fd = open("/sys/class/gpio/gpio93/value", O_RDWR);

    memset(buff, 0, 2);
    read(gpio_val_fd, buff, 1);
    pin_val = atoi(buff);
    printf("after write 1,second read gpio val %d, %s\n", pin_val, buff);

    write(gpio_val_fd, GPIO_VAL_L, sizeof(GPIO_VAL_L));
    close(gpio_val_fd);
    gpio_val_fd = open("/sys/class/gpio/gpio93/value", O_RDWR);

    memset(buff, 0, 2);
    read(gpio_val_fd, buff, 1);
    pin_val = atoi(buff);
    printf("after write 0, third read gpio val %d, %s\n", pin_val, buff);

    close(gpio_export_fd);
    close(gpio_dir_fd);
    close(gpio_val_fd);

    return 0;
}

GPIO 93对应PAD_GPIOC_06，padmux配置如下所示的PINMUX_FOR_GPIO_MODE，

<PAD_GPIOC_06            PINMUX_FOR_GPIO_MODE             MDRV_PUSE_PSPI1_CS>,

demo中先给/sys/class/gpio/export写入控制的GPIO引脚，然后再设置/sys/devices/gpiochip0/gpio/gpio93/direction为输出，向/sys/class/gpio/gpio93/value写入输出的电平值为1，读取pin值后再写入0，最后再读取电平值。