GPIO

• 概述
• 接口说明
• 开发步骤
• 开发实例

概述

GPIO（General-purpose input/output）即通用型输入输出，在HDF框架中，

GPIO的接口适配模式采用无服务模式，用于不需要在用户态提供API的设备类型，或者没有用户态和内核区分的OS系统，其关联方式是DevHandle直接指向设备对象内核态地址（DevHandle是一个void类型指针）。

图 1 GPIO无服务模式结构图

接口说明

GpioMethod定义：

struct GpioMethod {
  int32_t (*request)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);// 【可选】
  int32_t (*release)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);// 【可选】
  int32_t (*write)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t val);
  int32_t (*read)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t *val);
  int32_t (*setDir)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t dir);
  int32_t (*getDir)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t *dir);
  int32_t (*toIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t *irq);// 【可选】
  int32_t (*setIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t mode, GpioIrqFunc func, void *arg);
  int32_t (*unsetIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);
  int32_t (*enableIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);
  int32_t (*disableIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local);
}

表 1 GpioMethod结构体成员的回调函数功能说明

开发步骤

GPIO模块适配的三个环节是配置属性文件，实例化驱动入口，以及实例化核心层接口函数。GPIO控制器分组管理所有管脚，相关参数会在属性文件中有所体现；驱动入口和接口函数的实例化环节是厂商驱动接入HDF的核心环节。

1. 实例化驱动入口：

   • 实例化HdfDriverEntry结构体成员。
   • 调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。

2. 配置属性文件：

   • 在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。
   • 【可选】添加gpio_config.hcs器件属性文件。

3. 实例化GPIO控制器对象：

   • 初始化GpioCntlr成员。

   • 实例化GpioCntlr成员GpioMethod。

     说明： 实例化GpioCntlr成员GpioMethod，详见接口说明。

4. 驱动调试：

   【可选】针对新增驱动程序，建议验证驱动基本功能，例如GPIO控制状态，中断响应情况等。

开发实例

下方将以gpio_hi35xx.c为示例，展示需要厂商提供哪些内容来完整实现设备功能。

1. 驱动开发首先需要实例化驱动入口，驱动入口必须为HdfDriverEntry（在 hdf_device_desc.h 中定义）类型的全局变量，且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总，形成一个类似数组的段地址空间，方便上层调用。

   一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数，再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

   GPIO 驱动入口参考：

   struct HdfDriverEntry g_gpioDriverEntry = {
     .moduleVersion = 1,
     .Bind = Pl061GpioBind,            //GPIO不需要实现Bind,本例是一个空实现，厂商可根据自身需要添加相关操作
     .Init = Pl061GpioInit,            //见Init参考
     .Release = Pl061GpioRelease,      //见Release参考
     .moduleName = "hisi_pl061_driver",//【必要且需要与HCS文件中里面的moduleName匹配】
   };
   //调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
   HDF_INIT(g_gpioDriverEntry);

2. 完成驱动入口注册之后，下一步请在device_info.hcs文件中添加deviceNode信息，并在 gpio_config.hcs 中配置器件属性。deviceNode信息与驱动入口注册相关，器件属性值与核心层GpioCntlr 成员的默认值或限制范围有密切关系。

   本例只有一个GPIO控制器，如有多个器件信息，则需要在device_info文件增加deviceNode信息，以及在gpio_config文件中增加对应的器件属性。

   • device_info.hcs 配置参考。

     root {
     device_info {
         platform :: host {
         hostName = "platform_host";
         priority = 50;
         device_gpio :: device {
             device0 :: deviceNode {
             policy = 0;        // 等于0，不需要发布服务
             priority = 10;     // 驱动启动优先级
             permission = 0644; // 驱动创建设备节点权限
             moduleName = "hisi_pl061_driver";          //【必要】用于指定驱动名称，需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致；
             deviceMatchAttr = "hisilicon_hi35xx_pl061";//【必要】用于配置控制器私有数据，要与 gpio_config.hcs 中 
                                                         //对应控制器保持一致，其他控制器信息也在文件中
             }
         }
         }
     }
     }

   • gpio_config.hcs 配置参考。

     root {
     platform {
         gpio_config {
         controller_0x120d0000 {
             match_attr = "hisilicon_hi35xx_pl061"; //【必要】必须和device_info.hcs中的deviceMatchAttr值一致
             groupNum = 12;       //【必要】GPIO组索引 需要根据设备情况填写
             bitNum = 8;          //【必要】每组GPIO管脚数 
             regBase = 0x120d0000;//【必要】物理基地址
             regStep = 0x1000;    //【必要】寄存器偏移步进
             irqStart = 48;       //【必要】开启中断
             irqShare = 0;        //【必要】共享中断
         }
         }
     }
     } 

3. 完成驱动入口注册之后，最后一步就是以核心层GpioCntlr对象的初始化为核心，包括厂商自定义结构体（传递参数和数据），实例化GpioCntlr成员GpioMethod（让用户可以通过接口来调用驱动底层函数），实现HdfDriverEntry成员函数（Bind，Init，Release）。

   • 自定义结构体参考。

     从驱动的角度看，自定义结构体是参数和数据的载体，而且gpio_config.hcs文件中的数值会被HDF读入通过DeviceResourceIface来初始化结构体成员，其中一些重要数值也会传递给核心层GpioCntlr对象，例如索引、管脚数等。

     struct Pl061GpioCntlr {
       struct GpioCntlr cntlr;//【必要】 是核心层控制对象，其成员定义见下面
       volatile unsigned char *regBase; //【必要】寄存器基地址
       uint32_t phyBase;      //【必要】 物理基址
       uint32_t regStep;      //【必要】 寄存器偏移步进
       uint32_t irqStart;     //【必要】 中断开启
       uint16_t groupNum;     //【必要】 用于描述厂商的GPIO端口号的参数
       uint16_t bitNum;       //【必要】 用于描述厂商的GPIO端口号的参数
       uint8_t irqShare;      //【必要】 共享中断
       struct Pl061GpioGroup *groups;   //【可选】 根据厂商需要设置
     };
     struct Pl061GpioGroup {  //包括寄存器地址，中断号，中断函数和和锁
       volatile unsigned char *regBase;
       unsigned int index;
       unsigned int irq;
       OsalIRQHandle irqFunc;
       OsalSpinlock lock;
     };
     
     // GpioCntlr是核心层控制器结构体，其中的成员在Init函数中会被赋值
     struct GpioCntlr {
       struct IDeviceIoService service;
       struct HdfDeviceObject *device;
       struct GpioMethod *ops;
       struct DListHead list;
       OsalSpinlock spin;
       uint16_t start;
       uint16_t count;
       struct GpioInfo *ginfos;
       void *priv;
     };

   • GpioCntlr成员回调函数结构体GpioMethod的实例化，其他成员在Init函数中初始化。

     //GpioMethod结构体成员都是回调函数，厂商需要根据表1完成相应的函数功能。
     static struct GpioMethod g_method = {
         .request = NULL,
         .release = NULL,
         .write = Pl061GpioWrite,          //写管脚
         .read = Pl061GpioRead,            //读管脚
         .setDir = Pl061GpioSetDir,        //设置管脚方向
         .getDir = Pl061GpioGetDir,        //获取管脚方向
         .toIrq = NULL,
         .setIrq = Pl061GpioSetIrq,        //设置管脚中断，如不具备此能力可忽略
         .unsetIrq = Pl061GpioUnsetIrq,    //取消管脚中断设置，如不具备此能力可忽略
         .enableIrq = Pl061GpioEnableIrq,  //使能管脚中断，如不具备此能力可忽略
         .disableIrq = Pl061GpioDisableIrq,//禁止管脚中断，如不具备此能力可忽略
     };

   • Init函数参考

     入参：

     HdfDeviceObject这个是整个驱动对外暴露的接口参数，具备HCS配置文件的信息。

     返回值：

     HDF_STATUS相关状态（下表为部分展示，如需使用其他状态，可见//drivers/framework/include/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS 定义）。

     表 2 Init函数说明

     状态(值)	问题描述
     HDF_ERR_INVALID_OBJECT	控制器对象非法
     HDF_ERR_MALLOC_FAIL	内存分配失败
     HDF_ERR_INVALID_PARAM	参数非法
     HDF_ERR_IO	I/O 错误
     HDF_SUCCESS	初始化成功
     HDF_FAILURE	初始化失败

     函数说明：

     初始化自定义结构体对象，初始化GpioCntlr成员，调用核心层GpioCntlrAdd函数，【可选】接入VFS。

     static int32_t Pl061GpioInit(struct HdfDeviceObject *device)
     {
       ...
       struct Pl061GpioCntlr *pl061 = &g_pl061;//利用静态全局变量完成初始化
                                               //static struct Pl061GpioCntlr g_pl061 = {
                                               //    .groups = NULL,
                                               //    .groupNum = PL061_GROUP_MAX,
                                               //    .bitNum = PL061_BIT_MAX,
                                               //};
       ret = Pl061GpioReadDrs(pl061, device->property);//利用从gpio_config.HCS文件读取的属性值来初始化自定义结构体对象成员
       ...
       pl061->regBase = OsalIoRemap(pl061->phyBase, pl061->groupNum * pl061->regStep);//地址映射
       ...
       ret = Pl061GpioInitCntlrMem(pl061);     // 内存分配
       ...
       pl061->cntlr.count = pl061->groupNum * pl061->bitNum;//【必要】管脚数量计算
       pl061->cntlr.priv = (void *)device->property;        //【必要】存储设备属性
       pl061->cntlr.ops = &g_method;           // 【必要】GpioMethod的实例化对象的挂载 
       pl061->cntlr.device = device;           // 【必要】使HdfDeviceObject与GpioCntlr可以相互转化的前提
       ret = GpioCntlrAdd(&pl061->cntlr);      // 【必要】调用此函数填充核心层结构体，返回成功信号后驱动才完全接入平台核心层
       ...
       Pl061GpioDebugCntlr(pl061);
       #ifdef PL061_GPIO_USER_SUPPORT            //【可选】若支持用户级的虚拟文件系统，则接入
       if (GpioAddVfs(pl061->bitNum) != HDF_SUCCESS) {
           HDF_LOGE("%s: add vfs fail!", __func__);
       }
       #endif
       ...
     }

   • Release 函数参考

     入参：

     HdfDeviceObject 是整个驱动对外暴露的接口参数，具备 HCS 配置文件的信息。

     返回值：

     无。

     函数说明：

     释放内存和删除控制器，该函数需要在驱动入口结构体中赋值给 Release 接口， 当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时，可以调用 Release 释放驱动资源。所有强制转换获取相应对象的操作前提是在Init函数中具备对应赋值的操作。

     static void Pl061GpioRelease(struct HdfDeviceObject *device)
     {
        struct GpioCntlr *cntlr = NULL;
        struct Pl061GpioCntlr *pl061 = NULL;
        ...
        cntlr = GpioCntlrFromDevice(device);//【必要】通过强制转换获取核心层控制对象
                                            //return (device == NULL) ? NULL : (struct GpioCntlr *)device->service;
        ...
        #ifdef PL061_GPIO_USER_SUPPORT
        GpioRemoveVfs();//与Init中GpioAddVfs相反
        #endif
        GpioCntlrRemove(cntlr);             //【必要】取消设备信息、服务等内容在核心层上的挂载
        pl061 = ToPl061GpioCntlr(cntlr);    //return (struct Pl061GpioCntlr *)cntlr;
        Pl061GpioRleaseCntlrMem(pl061);     //【必要】锁和内存的释放
        OsalIoUnmap((void *)pl061->regBase);//【必要】解除地址映射
        pl061->regBase = NULL;
     }