AIO-3399J 六核64位高性能主板 立即购买 产品规格书

采用RK3399六核(A72x2+A53x4)64位处理器,主频高达2.0GHz,集成四核Mali-T864 GPU,性能优异。板载M.2 PCIe 、4G LTE扩展接口、多种显示接口和通信串口。支持Android/Linux/Ubuntu系统,开放源代码方便企业二次开发。AIO-3399J的高性能、高可靠性、高扩展性,多系统等优势,让其可以快速应用于各种行业中。

GPIO 使用

更新时间:2017-12-20 阅读:5071

简介

GPIO, 全称 General-Purpose Input/Output(通用输入输出),是一种软件运行期间能够动态配置和控制的通用引脚。 RK3399有5组GPIO bank:GPIO0~GPIO4,每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分(不是所有 bank 都有全部编号,例如 GPIO4 就只有 C0~C7, D0~D2)。 所有的GPIO在上电后的初始状态都是输入模式,可以通过软件设为上拉或下拉,也可以设置为中断脚,驱动强度都是可编程的。 每个 GPIO 口除了通用输入输出功能外,还可能有其它复用功能,例如 GPIO2_A2,可以利用成以下功能:

  • GPIO2_A2

  • CIF_D2

每个 GPIO 口的驱动电流、上下拉和重置后的初始状态都不尽相同,详细情况请参考《RK3399 规格书》中的 "Chapter 10 GPIO" 一章。 RK3399 的 GPIO 驱动是在以下 pinctrl 文件中实现的:

kernel/drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c

其核心是填充 GPIO bank 的方法和参数,并调用 gpiochip_add 注册到内核中。

AIO-3399J开发板为方便用户开发使用,并没有引出了通用的GPIO口,但是可以将其他接口用作gpio,

例如LED扩展接口,在不用的情况可以将其当作一般的gpio口使用,其对应引脚如下图:

led.png

本文以TP_RST(GPIO0_B4)和LCD_RST(GPIO4_D5)这两个通用GPIO口为例写了一份简单操作GPIO口的驱动,在SDK的路径为:

kernel/drivers/gpio/gpio-firefly.c

以下就以该驱动为例介绍GPIO的操作。

输入输出

首先在DTS文件中增加驱动的资源描述:

kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-demo.dtsi
    gpio_demo: gpio_demo {
        status = "okay";
        compatible = "firefly,rk3399-gpio";
        firefly-gpio = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;          /* GPIO0_B4 */
        firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;  /* GPIO4_D5 */                                                                                             
    };

这里定义了一个脚作为一般的输出输入口:

firefly-gpio GPIO0_B4

AIO-3399J的dts对引脚的描述与Firefly-RK3288有所区别,GPIO0_B4被描述为:<&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>,这里的12来源于:8+4=12,其中8是因为GPIO0_B4是属于GPIO0的B组,如果是A组的话则为0,如果是C组则为16,如果是D组则为24,以此递推,而4是因为B4后面的4。
GPIO_ACTIVE_HIGH表示高电平有效,如果想要低电平有效,可以改为:GPIO_ACTIVE_LOW,这个属性将被驱动所读取。

然后在probe函数中对DTS所添加的资源进行解析,代码如下:

 static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
 {   
     int ret; int gpio; enum of_gpio_flags flag; 
     struct firefly_gpio_info *gpio_info; 
     struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node; 
     printk("Firefly GPIO Test Program Probe\n"); 
     gpio_info = devm_kzalloc(&pdev->dev,sizeof(struct firefly_gpio_info *), GFP_KERNEL); 
     if (!gpio_info) { 
         return -ENOMEM; 
     } 
     gpio = of_get_named_gpio_flags(firefly_gpio_node, "firefly-gpio", 0, &flag); 
     if (!gpio_is_valid(gpio)) { 
         printk("firefly-gpio: %d is invalid\n", gpio); return -ENODEV; 
     } 
     if (gpio_request(gpio, "firefly-gpio")) { 
         printk("gpio %d request failed!\n", gpio); 
         gpio_free(gpio); 
         return -ENODEV; 
     } 
     gpio_info->firefly_gpio = gpio; 
     gpio_info->gpio_enable_value = (flag == OF_GPIO_ACTIVE_LOW) ? 0:1; 
     gpio_direction_output(gpio_info->firefly_gpio, gpio_info->gpio_enable_value); 
     printk("Firefly gpio putout\n"); 
     ...... 
     }

of_get_named_gpio_flags 从设备树中读取 firefly-gpio 和 firefly-irq-gpio 的 GPIO 配置编号和标志,gpio_is_valid 判断该 GPIO 编号是否有效,gpio_request 则申请占用该 GPIO。如果初始化过程出错,需要调用 gpio_free 来释放之前申请过且成功的 GPIO 。 在驱动中调用 gpio_direction_output 就可以设置输出高还是低电平,这里默认输出从DTS获取得到的有效电平GPIO_ACTIVE_HIGH,即为高电平,如果驱动正常工作,可以用万用表测得对应的引脚应该为高电平。 实际中如果要读出 GPIO,需要先设置成输入模式,然后再读取值:

int val;
gpio_direction_input(your_gpio);
val = gpio_get_value(your_gpio);

下面是常用的 GPIO API 定义:

 #include <linux/gpio.h>
 #include <linux/of_gpio.h>  
 enum of_gpio_flags {
     OF_GPIO_ACTIVE_LOW = 0x1,
 };  
     int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np, const char *propname,   
     int index, enum of_gpio_flags *flags);  
     int gpio_is_valid(int gpio);  
     int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);  
     void gpio_free(unsigned gpio);  
     int gpio_direction_input(int gpio);  
     int gpio_direction_output(int gpio, int v)

中断

在Firefly的例子程序中还包含了一个中断引脚,GPIO口的中断使用与GPIO的输入输出类似,首先在DTS文件中增加驱动的资源描述:

kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399-firefly-port.dtsi
  gpio {
      compatible = "firefly-gpio";
      firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;  /* GPIO4_D5 */
  };

IRQ_TYPE_EDGE_RISING表示中断由上升沿触发,当该引脚接收到上升沿信号时可以触发中断函数。 这里还可以配置成如下:

IRQ_TYPE_NONE         //默认值,无定义中断触发类型
IRQ_TYPE_EDGE_RISING  //上升沿触发                                                                                                                                  
IRQ_TYPE_EDGE_FALLING //下降沿触发
IRQ_TYPE_EDGE_BOTH    //上升沿和下降沿都触发
IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH   //高电平触发
IRQ_TYPE_LEVEL_LOW    //低电平触发

然后在probe函数中对DTS所添加的资源进行解析,再做中断的注册申请,代码如下:

 static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
 {   
     int ret; int gpio; enum of_gpio_flags flag; 
     struct firefly_gpio_info *gpio_info; 
     struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node; 
     ......     
     gpio_info->firefly_irq_gpio = gpio; 
     gpio_info->firefly_irq_mode = flag; 
     gpio_info->firefly_irq = gpio_to_irq(gpio_info->firefly_irq_gpio); 
     if (gpio_info->firefly_irq) { 
        if (gpio_request(gpio, "firefly-irq-gpio")) { 
           printk("gpio %d request failed!\n", gpio); gpio_free(gpio); return IRQ_NONE; 
         } 
         ret = request_irq(gpio_info->firefly_irq, firefly_gpio_irq, flag, "firefly-gpio", gpio_info); 
         if (ret != 0) free_irq(gpio_info->firefly_irq, gpio_info); 
            dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ: %d\n", ret); 
      } 
      return 0;
 }
 static irqreturn_t firefly_gpio_irq(int irq, void *dev_id) //中断函数
 { 
     printk("Enter firefly gpio irq test program!\n"); return IRQ_HANDLED;
 }

调用gpio_to_irq把GPIO的PIN值转换为相应的IRQ值,调用gpio_request申请占用该IO口,调用request_irq申请中断,如果失败要调用free_irq释放,该函数中gpio_info-firefly_irq是要申请的硬件中断号,firefly_gpio_irq是中断函数,gpio_info->firefly_irq_mode是中断处理的属性,"firefly-gpio"是设备驱动程序名称,gpio_info是该设备的device结构,在注册共享中断时会用到。

复用

如何定义 GPIO 有哪些功能可以复用,在运行时又如何切换功能呢?以 I2C4 为例作简单的介绍。

查规格表可知,I2C4_SDA 与 I2C4_SCL 的功能定义如下:

Pad# func0 func1
I2C4_SDA/GPIO1_B3 gpio1b3 i2c4_sda
I2C4_SCL/GPIO1_B4 gpio1b4 i2c4_scl

在 kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi 里有:

     i2c4: i2c@ff3d0000 { 
         compatible = "rockchip,rk3399-i2c"; 
         reg = <0x0 0xff3d0000 0x0 0x1000>; 
         clocks = <&pmucru SCLK_I2C4_PMU>, <&pmucru PCLK_I2C4_PMU>; 
         clock-names = "i2c", "pclk"; 
         interrupts = <GIC_SPI 56 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH 0>; 
         pinctrl-names = "default", "gpio"; pinctrl-0 = <&i2c4_xfer>; 
         pinctrl-1 = <&i2c4_gpio>;   //此处源码未添加 
         #address-cells = <1>;  
         #size-cells = <0>;  
         status = "disabled"; 
         };

此处,跟复用控制相关的是 pinctrl- 开头的属性:

  • pinctrl-names 定义了状态名称列表: default (i2c 功能) 和 gpio 两种状态。

  • pinctrl-0 定义了状态 0 (即 default)时需要设置的 pinctrl: &i2c4_xfer

  • pinctrl-1 定义了状态 1 (即 gpio)时需要设置的 pinctrl: &i2c4_gpio

这些 pinctrl 在kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi中这样定义:

     ......     
     pinctrl: pinctrl { 
     compatible = "rockchip,rk3399-pinctrl"; 
     rockchip,grf = <&grf>; 
     rockchip,pmu = <&pmugrf>; 
     #address-cells = <0x2>; 
     #size-cells = <0x2>; 
     ranges; 
     i2c4 {                                                                                       i2c4_xfer: i2c4-xfer { 
            rockchip,pins = <1 12 RK_FUNC_1 &pcfg_pull_none>, <1 11 RK_FUNC_1 &pcfg_pull_none>; 
            }; 
            i2c4_gpio: i2c4-gpio { 
            rockchip,pins = <1 12 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>, <1 11 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>; 
            };          
      };

RK_FUNC_1,RK_FUNC_GPIO 的定义在 kernel/include/dt-bindings/pinctrl/rk.h 中:

 #define RK_FUNC_GPIO    0
 #define RK_FUNC_1   1
 #define RK_FUNC_2   2
 #define RK_FUNC_3   3
 #define RK_FUNC_4   4
 #define RK_FUNC_5   5                                                                                                                                                    
 #define RK_FUNC_6   6
 #define RK_FUNC_7   7

另外,像"1 11","1 12"这样的值是有编码规则的,编码方式与上一小节"输入输出"描述的一样,"1 11"代表GPIO1_B3,"1 12"代表GPIO1_B4。

在复用时,如果选择了 "default" (即 i2c 功能),系统会应用 i2c4_xfer 这个 pinctrl,最终将 GPIO1_B3 和 GPIO1_B4 两个针脚切换成对应的 i2c 功能;而如果选择了 "gpio" ,系统会应用 i2c4_gpio 这个 pinctrl,将 GPIO1_B3 和 GPIO1_B4 两个针脚还原为 GPIO 功能。

我们看看 i2c 的驱动程序 kernel/drivers/i2c/busses/i2c-rockchip.c 是如何切换复用功能的:

 static int rockchip_i2c_probe(struct platform_device *pdev)
 {   
     struct rockchip_i2c *i2c = NULL; struct resource *res; 
     struct device_node *np = pdev->dev.of_node; int ret;// 
     ...
     i2c->sda_gpio = of_get_gpio(np, 0);
     if (!gpio_is_valid(i2c->sda_gpio)) {
	dev_err(&pdev->dev, "sda gpio is invalid\n");
	return -EINVAL;
	}
	ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->sda_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev));
	if (ret) {
	dev_err(&pdev->dev, "failed to request sda gpio\n");return ret;}
	i2c->scl_gpio = of_get_gpio(np, 1);
	if (!gpio_is_valid(i2c->scl_gpio)) {
		dev_err(&pdev->dev, "scl gpio is invalid\n");
		return -EINVAL;
	}
	ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->scl_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev));
	if (ret) {
		dev_err(&pdev->dev, "failed to request scl gpio\n");
		return ret;
		}
		i2c->gpio_state = pinctrl_lookup_state(i2c->dev->pins->p, "gpio");
		if (IS_ERR(i2c->gpio_state)) {
			dev_err(&pdev->dev, "no gpio pinctrl state\n");return PTR_ERR(i2c->gpio_state);
		}
		pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->gpio_state);
		gpio_direction_input(i2c->sda_gpio);
		gpio_direction_input(i2c->scl_gpio);
		pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->dev->pins->default_state);// ...}

首先是调用 of_get_gpio 取出设备树中 i2c4 结点的 gpios 属于所定义的两个 gpio:

gpios = <&gpio1 GPIO_B3 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio1 GPIO_B4 GPIO_ACTIVE_LOW>;

然后是调用 devm_gpio_request 来申请 gpio,接着是调用 pinctrl_lookup_state 来查找 “gpio” 状态,而默认状态 "default" 已经由框架保存到 i2c->dev-pins->default_state 中了。

最后调用 pinctrl_select_state 来选择是 "default" 还是 "gpio" 功能。

下面是常用的复用 API 定义:

#include <linux/pinctrl/consumer.h> 
struct device {
//...
#ifdef CONFIG_PINCTRL
struct dev_pin_info	*pins;
#endif
//...
}; 
struct dev_pin_info {
    struct pinctrl *p;
    struct pinctrl_state *default_state;
#ifdef CONFIG_PM
    struct pinctrl_state *sleep_state;
    struct pinctrl_state *idle_state;
    #endif
}; 
struct pinctrl_state * pinctrl_lookup_state(struct pinctrl *p, const char *name); 
int pinctrl_select_state(struct pinctrl *p, struct pinctrl_state *s);

IO-Domain

在复杂的片上系统(SOC)中,设计者一般会将系统的供电分为多个独立的block,这称作电源域(Power Domain),这样做有很多好处,例如:

  1. 在IO-Domain的DTS节点统一配置电压域,不需要每个驱动都去配置一次,便于管理;

  2. 依照的是Upstream的做法,以后如果需要Upstream比较方便;

  3. IO-Domain的驱动支持运行过程中动态调整电压域,例如PMIC的某个Regulator可以1.8v和3.3v的动态切换,一旦Regulator电压发生改变,会通知IO-Domain驱动去重新设置电压域。

AIO-3399J原理图上的 Power Domain Map 表以及配置如下表所示:

power_domain

通过RK3399 SDK的原理图可以看到bt656-supply 的电压域连接的是vcc18_dvp, vcc_io是从PMIC RK808的VLDO1出来的;
在DTS里面可以找到vcc1v8_dvp, 将bt656-supply = <&vcc18_dvp>。
其他路的配置也类似,需要注意的是如果这里是其他PMIC,所用的Regulator也不一样,具体以实际电路情况为标准。

调试方法

IO指令

GPIO调试有一个很好用的工具,那就是IO指令,AIO-3399J的Android系统默认已经内置了IO指令,使用IO指令可以实时读取或写入每个IO口的状态,这里简单介绍IO指令的使用。 首先查看 io 指令的帮助:

#io --help
Unknown option: ?
Raw memory i/o utility - $Revision: 1.5 $

io -v -1|2|4 -r|w [-l <len>] [-f <file>] <addr> [<value>]

   -v         Verbose, asks for confirmation
   -1|2|4     Sets memory access size in bytes (default byte)
   -l <len>   Length in bytes of area to access (defaults to
              one access, or whole file length)
   -r|w       Read from or Write to memory (default read)
   -f <file>  File to write on memory read, or
              to read on memory write
   <addr>     The memory address to access
   <val>      The value to write (implies -w)

Examples:
   io 0x1000                  Reads one byte from 0x1000
   io 0x1000 0x12             Writes 0x12 to location 0x1000
   io -2 -l 8 0x1000          Reads 8 words from 0x1000
   io -r -f dmp -l 100 200    Reads 100 bytes from addr 200 to file
   io -w -f img 0x10000       Writes the whole of file to memory

Note access size (-1|2|4) does not apply to file based accesses.

从帮助上可以看出,如果要读或者写一个寄存器,可以用:

io -4 -r 0x1000 //读从0x1000起的4位寄存器的值
io -4 -w 0x1000 //写从0x1000起的4位寄存器的值

使用示例:

  • 查看GPIO1_B3引脚的复用情况

1. 从主控的datasheet查到GPIO1对应寄存器基地址为:0xff320000
2. 从主控的datasheet查到GPIO1B_IOMUX的偏移量为:0x00014
3. GPIO1_B3的iomux寄存器地址为:基址(Operational Base) + 偏移量(offset)=0xff320000+0x00014=0xff320014  
4. 用以下指令查看GPIO1_B3的复用情况:

# io -4 -r 0xff320014
ff320014:  0000816a

5. 从datasheet查到[7:6]:

gpio1b3_sel 
GPIO1B[3] iomux select  
2'b00: gpio 
2'b01: i2c4sensor_sda 
2'b10: reserved 
2'b11: reserved

因此可以确定该GPIO被复用为 i2c4sensor_sda。
6. 如果想复用为GPIO,可以使用以下指令设置:

# io -4 -w 0xff320014 0x0000812a

GPIO调试接口

Debugfs文件系统目的是为开发人员提供更多内核数据,方便调试。 这里GPIO的调试也可以用Debugfs文件系统,获得更多的内核信息。 GPIO在Debugfs文件系统中的接口为 /sys/kernel/debug/gpio,可以这样读取该接口的信息:

# cat /sys/kernel/debug/gpio
GPIOs 0-31, platform/pinctrl, gpio0:
 gpio-2   (                    |vcc3v3_3g           ) out hi    
 gpio-4   (                    |bt_default_wake_host) in  lo    
 gpio-5   (                    |power               ) in  hi    
 gpio-9   (                    |bt_default_reset    ) out lo    
 gpio-10  (                    |reset               ) out lo    
 gpio-13  (                    |?                   ) out lo    
 
GPIOs 32-63, platform/pinctrl, gpio1:
 gpio-32  (                    |vcc5v0_host         ) out hi    
 gpio-34  (                    |int-n               ) in  hi    
 gpio-35  (                    |vbus-5v             ) out lo    
 gpio-45  (                    |pmic-hold-gpio      ) out hi    
 gpio-49  (                    |vcc3v3_pcie         ) out hi    
 gpio-54  (                    |mpu6500             ) out hi    
 gpio-56  (                    |pmic-stby-gpio      ) out hi    
 
GPIOs 64-95, platform/pinctrl, gpio2:
 gpio-83  (                    |bt_default_rts      ) in  hi    
 gpio-90  (                    |bt_default_wake     ) in  lo    
 gpio-91  (                    |?                   ) out hi    
 
GPIOs 96-127, platform/pinctrl, gpio3:
 gpio-111 (                    |mdio-reset          ) out hi    
 
GPIOs 128-159, platform/pinctrl, gpio4:
 gpio-149 (                    |hp-con-gpio         ) out lo

从读取到的信息中可以知道,内核把GPIO当前的状态都列出来了,以GPIO0组为例,gpio-2(GPIO0_A2)作为3G模块的电源控制脚(vcc3v3_3g),输出高电平(out hi)。

FAQs

Q1: 如何将PIN的MUX值切换为一般的GPIO?

A1: 当使用GPIO request时候,会将该PIN的MUX值强制切换为GPIO,所以使用该pin脚为GPIO功能的时候确保该pin脚没有被其他模块所使用。

Q2: 为什么我用IO指令读出来的值都是0x00000000?

A2: 如果用IO命令读某个GPIO的寄存器,读出来的值异常,如 0x00000000或0xffffffff等,请确认该GPIO的CLK是不是被关了,GPIO的CLK是由CRU控制,可以通过读取datasheet下面CRU_CLKGATE_CON* 寄存器来查到CLK是否开启,如果没有开启可以用io命令设置对应的寄存器,从而打开对应的CLK,打开CLK之后应该就可以读到正确的寄存器值了。

Q3: 测量到PIN脚的电压不对应该怎么查?

A3: 测量该PIN脚的电压不对时,如果排除了外部因素,可以确认下该pin所在的io电压源是否正确,以及IO-Domain配置是否正确。

Q4: gpio_set_value()与gpio_direction_output()有什么区别?

A4: 如果使用该GPIO时,不会动态的切换输入输出,建议在开始时就设置好GPIO 输出方向,后面拉高拉低时使用gpio_set_value()接口,而不建议使用gpio_direction_output(), 因为gpio_direction_output接口里面有mutex锁,对中断上下文调用会有错误异常,且相比 gpio_set_value,gpio_direction_output 所做事情更多,浪费。