我的內核學習筆記15：海思Hi3516平臺GPIO使用記錄

本文介紹海思平臺 Hi3516 的 GPIO 使用，包括手冊介紹及用戶空間控制。

一、GPIO概覽

Hi3516 芯片支持 12 組GPIO（General Purpose Input/Output），即GPIO0～GPIO11。每組 GPIO 提供 8 個可編程的輸入輸出管腳（GPIO11 只有 4個） 。
每個管腳可以配置爲輸入或者輸出。這些管腳用於生成特定應用的輸出信號或採集特定應用的輸入信號。作爲輸入管腳時，GPIO 可作爲中斷源；作爲輸出管腳時，每個 GPIO 都可以獨立地清 0 或置 1。

對於引腳複用的說明，海思在 SDK 包中提供了一個 excel 表說明，該表十分重要，包括了引腳複用地址及對應比特的說明。由於內容較多，可進行搜索定位。

GPIO 寄存器對應基地址如下：

GPIO控制器	基地址
GPIO11	0x120D_B000
GPIO10	0x120D_A000
GPIO9	0x120D_9000
GPIO8	0x120D_8000
GPIO7	0x120D_7000
GPIO6	0x120D_6000
GPIO5	0x120D_5000
GPIO4	0x120D_4000
GPIO3	0x120D_3000
GPIO2	0x120D_2000
GPIO1	0x120D_1000
GPIO0	0x120D_0000

從表格中看出，寄存器的基地址分佈是十分有規律的。不同的寄存器，其操作的偏移量均相同。如 GPIO_DIR 偏移量爲 0x400，不同 GPIO 寄存基地址加上該偏移量即爲對應的 GPIO_DIR。

二、GPIO 控制

控制 GPIO 步驟分三步：先複用引腳爲 GPIO 功能，再設置方向（輸出或輸入），寄存器爲 GPIO_DIR，最後設置高低電平或讀取引腳值，寄存器爲 GPIO_DATA。
注意，不同平臺實現的機制不同，但大體上都有這三個步驟，。

注意：

當GPIO_DIR相應的比特配置爲輸入時，有效讀取的結果將返回管腳的值；當配置爲輸出的時候，有效讀取的結果將返回寫入的值。 　　
GPIO_DATA 寄存器利用PADDR[9:2]實現了讀寫寄存器比特的屏蔽操作。該寄存器對應256個地址空間。PADDR[9:2]分別對應 GPIO_DATA[7:0]，當相應的bit爲高時，則可以對相應的位進行讀寫操作；反之，若對應bit爲低則不能進行操作。例如： 
若地址爲 0x3FC（0b11_1111_1100），則對GPIO_DATA[7:0]這8bit操作全部有效。 
若地址爲 0x200（0b10_0000_0000），則僅對GPIO_DATA[7]的操作有效。

GPIO_DIR 偏移值爲 0x400，可單獨設置某一引腳，也可同時設置多個 GPIO 引腳。GPIO_DATA 範圍爲 0~0x3fc。
根據手冊和經驗，得到下表：

GPIO控制器	偏移量	值
GPIOX_0	0x004	0x01
GPIOX_1	0x008	0x02
GPIOX_2	0x010	0x04
GPIOX_3	0x020	0x08
GPIOX_4	0x040	0x10
GPIOX_5	0x080	0x20
GPIOX_6	0x100	0x40
GPIOX_7	0x200	0x80

上表中X表示不同的 GPIO 組（bank）。後面數字爲其具體的引腳。

下面爲演示示例。
紅燈 高電平亮 GPIO2_7：

himm 0x120D2400 0x80  0x120D2000爲GPIO2基地址，400爲方向，0x80表示bit7爲1 
himm 0x120D2200 0x80  接上，200表示GPIO7數據寄存器，80表示bit7爲1

複用GPIO示例：

GPIO8_0 himm 0x112F0020 0x604
GPIO8_1 himm 0x112F0024 0x604
GPIO8_2 himm 0x112F0028 0x504
GPIO8_3 himm 0x112F002C 0x404

設置 GPIO8 指定引腳的方向：

himm 0x120D8400 0x1F

單獨設置各個 GPIO 的方向及電平：

GPIO8_0：
himm 0x120D8400 0x1
himm 0x120D8004 0x1

GPIO8_1：
himm 0x120D8400 0x2
himm 0x120D8008 0x2

GPIO8_2：
himm 0x120D8400 0x4
himm 0x120D8010 0x4

三、himm工具

前面只是介紹寄存器及操作的值，SDK 提示了名爲 himm 的命令行工具，可以使用該工具直接對寄存器地址進行設置。 該工具的原理細節不展開，只描述大概涉及的點：

void * memmap(unsigned long phy_addr, unsigned long size)
fd = open ("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
addr = mmap((void *)0, size_in_page, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, phy_addr_in_page);

#define DEFAULT_MD_LEN 128

void himm_value(unsigned long ulAddr, unsigned long ulValue)
{
    void* pMem  = NULL;
    pMem = memmap(ulAddr, DEFAULT_MD_LEN);
    *(unsigned int*)pMem = ulValue;
}


void gpio_output(int type, int value)
{   
    switch (type)
    {
    case GPIO8_0:
        if (value == 1)
            himm_value(0x120D8004, 1);
        else if (value == 0)
            himm_value(0x120D8004, 0);
    break;
    case GPIO8_1:
        if (value == 1)
            himm_value(0x120D8008, 2);
        else if (value == 0)
            himm_value(0x120D8008, 0);
    break;
    case GPIO8_2:
        if (value == 1)
            himm_value(0x120D8010, 4);
        else if (value == 0)
            himm_value(0x120D8010, 0);
    break;
    default:
    break;
    }
}

四、小結

由上述可知，海思平臺的 GPIO 控制還是比較直觀的，至少在代碼層面可以與手冊直接關聯起來。另外，可以直接在用戶空間進行操作（需其實現的內存映射模塊）。當然也可以自己寫驅動，只是實現相同的功能，但其底層的操作方式，是一樣的。
一般嵌入式 Linux 系統的 GPIO 操作，需要計算某個引腳屬於系統的第幾個 GPIO 號，需要進行換算。海思平臺不再需要，不過，是否也可實現傳統的那種方式，還沒研究。

五、未完事宜

筆者實際上接觸海思僅幾天時間，該平臺的使用和之前做的方法不太一樣，有必須記錄下來。本文沒有涉及 GPIO 的輸入、中斷，等。

六、參考資料

海思 Hi3516DV300 SoC 用戶指南。
SDK 源碼。
https://blog.csdn.net/qingzhuyuxian/article/details/82981613

李遲 2020.6.21 週日  晚