Linux頭文件中s3c2410 GPIO的宏

一、GPIO寄存器定義

1．#define GPCON(x)   __REG2(0x56000000, (x) * 0x10)

這句是定義2410的GPIO的控制寄存器，注意：__REG2的參數是寄存器的物理地址，這個物理地址經_REG2宏轉換為虛擬地址，對照2410的手冊可以得到一下對應關係：

GPCON（1） －－－－－－ PORT A  0x56000000
GPCON（2） －－－－－－ PORT B  0x56000010
GPCON（3） －－－－－－ PORT C  0x56000020
……
GPCON（8） －－－－－－ PORT H  0x56000070

2．#define GPDAT(x)   __REG2(0x56000004, (x) * 0x10)

這句是定義2410的GPIO的數據寄存器，定義方法同GPCON宏。

GPDAT（1） －－－－－－ PORT A  0x56000004
GPDAT（2） －－－－－－ PORT B  0x56000014
GPDAT（3） －－－－－－ PORT C  0x56000024
……
GPDAT（8） －－－－－－ PORT H  0x56000074

3．#define GPUP(x)      __REG2(0x56000008, (x) * 0x10)

這句是定義2410的GPIO的上拉電阻屏蔽/激活寄存器，定義方法同GPCON宏。
GPUP（1） －－－－－－ PORT A  0x56000008
GPUP（2） －－－－－－ PORT B  0x56000018
GPUP（3） －－－－－－ PORT C  0x56000028
……
GPUP（8） －－－－－－ PORT H  0x56000078

二、GPIO埠號定義
以GPIO_G12來說明在內核頭文件$(KERNEL_INCLUDE)/asm-arm/arch/s3c2410.h中是如何來定義IO port的埠號的。定義GPIO埠主要涉及到以下幾個宏：

#define MAKE_GPIO_NUM(p, o)         ( (p << GPIO_PORT_SHIFTT) |  (o << GPIO_OFS_SHIFT))
#define GPIO_G12               MAKE_GPIO_NUM(PORTG_OFS, 12)

GPIO_PORT_SHIFTT值為8，代表GPIO組號在整個GPIO埠號（如GPIO_G12）欄位中的位移
GPIO_OFS_SHIFT值為0，代表GPIO組內偏移號在整個GPIO埠號（如GPIO_G12）欄位中的位移

   s3c2410有117個多功能input/output port pins。分為以下八組：

— Port A (GPA): 23-output port                    #define PORTA_OFS                 0
— Port B (GPB): 11-input/output port         #define PORTB_OFS                 1
— Port C (GPC): 16-input/output port        #define PORTC_OFS                 2
— Port D (GPD): 16-input/output port        #define PORTD_OFS                 3
— Port E (GPE): 16-input/output port         #define PORTE_OFS                 4
— Port F (GPF): 8-input/output port            #define PORTF_OFS                 5
— Port G (GPG): 16-input/output port         #define PORTG_OFS                6
— Port H (GPH): 11-input/output port         #define PORTH_OFS                7 

GPG12屬於G組，組內偏移為12，從上述兩個宏定義中，我們可以很清楚地看出GPIO_G12結構：
 
圖1  GPIO埠號結構圖
    埠一共有8組，從上面的宏定義可以看出，埠組號p的範圍：0～7。而組內偏移各組不盡相同，Port A有23個輸出口，因此它的組內偏移o為0～22，Port G有16個IO口，它的組內偏移o為0～15，其他組的GPIO以此類推。

三、write_gpio_bit(x,v)宏分析
    write_gpio_bit宏傳入兩個參數，第一個為GPIO埠號，如GPIO_G12；第二個參數為1或0，為相應IO口設置高電平或低電平輸出。具體宏展開如下：

GRAB_PORT宏的參數是GPIO埠號，功能是從GPIO埠號中解析出組號，具體定義如下：

#define GRAB_PORT(x)              (((x) & GPIO_PORT_MASK) >> GPIO_PORT_SHIFTT)

其中GPIO_PORT_MASK是組號的掩碼，值為0x0000ff00,從圖1中也可看出。

GRAB_OFS宏和GRAB_PORT類似，它的功能是從GPIO埠號中解析出組內偏移：

#define GRAB_OFS(x)            (((x) & GPIO_OFS_MASK) >> GPIO_OFS_SHIFT)

其中偏移值掩碼GPIO_OFS_MASK＝0x000000ff。

現在我們結合上述說明來分析write_gpio_bit(GPIO_G12,1)這條語句：由GPIO_G12的宏定義可計算出其值為0x0000060C，GRAB_PORT（GPIO_G12）解析得到所操作的IO屬於G組，組號為6；GRAB_OFS（GPIO_G12）解析得到此IO口為G組的第12個引腳（從0開始算起），為GPG12，表達式值為12。則write_gpio_bit(GPIO_G12,1)等價於下面兩條語句：

GPDAT(6) &= ~(0x1<<12);  //GPGDAT寄存器第12位清零
GPDAT(6) | = 1<<12;       // 向GPGDAT寄存器第12位寫入‘1’

到此，我們知道了write_gpio_bit(GPIO_G12,1)這條語句是將GPG12這個引腳拉成高電平。

四、set_gpio_ctrl(x)宏分析完成了對write_gpio_bit宏的分析，現在來看set_gpio_ctrl就很簡單了！在它的宏展開中只多了GRAB_MODE(x)和 GRAB_PULLUP(x)分別表示從參數x中解析出IO口的模式和使能/屏蔽此埠的上拉電阻。值得注意的是set_gpio_ctrl的參數x不僅僅表示GPIO埠號，其高16位還帶有模式狀態和上拉電阻控制信息，參數x的結構如下圖：
 
圖2 set_gpio_ctrl的參數欄位結構圖
    低16位即為前面所述的GPIO的埠號，高16位中的R欄位用來屏蔽/使能IO口的上拉電阻功能。R＝0，上拉電阻使能；R＝1，上拉電阻失效。M欄位用來設置IO口的工作模式，M＝0，IO口為輸入埠；M＝1，IO口為輸出埠；M＝2，可選功能1；M＝3，可選功能2。

set_gpio_ctrl宏就是通過寫相應GPIO所在組的GPXCON（X為A～H）的相應位來設置IO口模式（GPACON每一個位控制一個IO口，而GPBCON～GPHCON都是兩個位控制一個IO口的模式），通過寫GPXUP（X為A～H）來決定是否啟用上拉電阻。典型的set_gpio_ctrl調用方式如下：

set_gpio_ctrl(GPIO_MODE_OUT | GPIO_PULLUP_DIS | GPIO_G12);

這條語句是將GPG12設置成輸出模式，並且不使用埠的上拉電阻。

五、結束
    以上主要結合《S3C2410X 32-BIT RISC MICROPROCESSOR USER'S MANUAL》分析了$(LINUX_KERNEL_INCLUDE)/asm-arm/arch/s3c2410.h中所定義的對2410GPIO進行操作的幾個宏，除了文中提及的幾個宏，除此還有read_gpio_bit(x)、read_gpio_reg(x) 、write_gpio_reg(x, v)等，實現方法和上述類似，在此不再一一贅述！