由于之后的触摸屏驱动分析中使用到了GPIO子系统和i2c子系统，因此在分析触摸屏驱动之前我准备把这两个子系统进行简单分析。

之前我们使用GPIO引脚的方式并不是推荐的方式，当我们更改某一bit时，很有可能导致另外的bit值发生更改。而GPIO子系统进行了封装，确保每次只对一个GPIO引脚操作，而不会影响到别的GPIO引脚。

下面这段代码是我从驱动程序中摘出来的，它首先获取GPIO引脚，之后设置为输出模式。

 ret = gpio_request(EXYNOS4_GPL0(), "TP1_EN");

 if (ret) {

     printk(KERN_ERR "failed to request TP1_EN for I2C control\n");

     //return err;

 }

 gpio_direction_output(EXYNOS4_GPL0(), );

 s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPL0(), S3C_GPIO_OUTPUT);

 gpio_free(EXYNOS4_GPL0());

 mdelay();

一、gpio_direction_output()分析

gpio_direction_output()方便我们操作GPIO引脚，我们来看一下gpio_direction_output()函数会做些什么。

 int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)

 {

     unsigned long        flags;

     struct gpio_chip    *chip;    /* 不同单板对应不同chip，由芯片厂实现 */

     struct gpio_desc    *desc = &gpio_desc[gpio];

     int            status = -EINVAL;

     spin_lock_irqsave(&gpio_lock, flags);

     /* 判断gpio是否可用 */

     if (!gpio_is_valid(gpio))

         goto fail;

     chip = desc->chip;

     if (!chip || !chip->set || !chip->direction_output)

         goto fail;

     gpio -= chip->base;

     if (gpio >= chip->ngpio)

         goto fail;

     status = gpio_ensure_requested(desc, gpio);

     if (status < )

         goto fail;

     /* now we know the gpio is valid and chip won't vanish */

     spin_unlock_irqrestore(&gpio_lock, flags);

     might_sleep_if(chip->can_sleep);

     if (status) {

         status = chip->request(chip, gpio);

         if (status < ) {

             pr_debug("GPIO-%d: chip request fail, %d\n",

                 chip->base + gpio, status);

             /* and it's not available to anyone else ...

              * gpio_request() is the fully clean solution.

              */

             goto lose;

         }

     }

     /* 调用chip的direction_output()函数 */

     status = chip->direction_output(chip, gpio, value);

     if (status == )

         set_bit(FLAG_IS_OUT, &desc->flags);

     trace_gpio_value(chip->base + gpio, , value);

     trace_gpio_direction(chip->base + gpio, , status);

 lose:

     return status;

 fail:

     spin_unlock_irqrestore(&gpio_lock, flags);

     if (status)

         pr_debug("%s: gpio-%d status %d\n",

             __func__, gpio, status);

     return status;

 }

 EXPORT_SYMBOL_GPL(gpio_direction_output);

通过代码第4行struct gpio_chip，我们可以推断出此结构体是内核提供给各个板商的，用于其实现不同GPIO引脚操作。

在drivers/gpio/目录下，有跟平台相关的文件，这些文件就是由厂商提供的GPIO引脚操作函数。在此我以gpio-omap.c为例进行讨论

我们先来查看probe()函数：

 static int __devinit omap_gpio_probe(struct platform_device *pdev)

 {

     static int gpio_init_done;

     struct omap_gpio_platform_data *pdata;

     struct resource *res;

     int id;

     struct gpio_bank *bank;

 ...

     pdata = pdev->dev.platform_data;

 ...

     ret = init_gpio_info(pdev);

 ...

     id = pdev->id;

     bank = &gpio_bank[id];

     res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, );

 ...

     bank->irq = res->start;

     bank->virtual_irq_start = pdata->virtual_irq_start;

     bank->method = pdata->bank_type;

     bank->dev = &pdev->dev;

     bank->dbck_flag = pdata->dbck_flag;

     bank->stride = pdata->bank_stride;

     bank_width = pdata->bank_width;

     spin_lock_init(&bank->lock);

     res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, );

     bank->base = ioremap(res->start, resource_size(res));

 ...

     omap_gpio_mod_init(bank, id);

     omap_gpio_chip_init(bank);

     omap_gpio_show_rev(bank);

     if (!gpio_init_done)

         gpio_init_done = ;

     return ;

 }

此函数首先填充了struct gpio_bank，之后使用ioremap()映射，最后调用omap_gpio_chip_init()初始化并注册chip。

 static void __devinit omap_gpio_chip_init(struct gpio_bank *bank)

 {

     int j;

     static int gpio;

     /* 填充chip成员函数 */

     bank->mod_usage = ;

     bank->chip.request = omap_gpio_request;

     bank->chip.free = omap_gpio_free;

     bank->chip.direction_input = gpio_input;

     bank->chip.get = gpio_get;

     bank->chip.direction_output = gpio_output;

     bank->chip.set_debounce = gpio_debounce;

     bank->chip.set = gpio_set;

     bank->chip.to_irq = gpio_2irq;

     if (bank_is_mpuio(bank)) {

         bank->chip.label = "mpuio";

 #ifdef CONFIG_ARCH_OMAP16XX

         bank->chip.dev = &omap_mpuio_device.dev;

 #endif

         bank->chip.base = OMAP_MPUIO();

     } else {

         bank->chip.label = "gpio";

         bank->chip.base = gpio;

         gpio += bank_width;

     }

     bank->chip.ngpio = bank_width;

     gpiochip_add(&bank->chip);

 ...

     irq_set_chained_handler(bank->irq, gpio_irq_handler);

     irq_set_handler_data(bank->irq, bank);

 }

接下来我们来查看chip是如何注册到内核中的：

 int gpiochip_add(struct gpio_chip *chip)

 {

     unsigned long    flags;

     int        status = ;

     unsigned    id;

     int        base = chip->base;

     /* 判断gpio是否可用 */

     if ((!gpio_is_valid(base) || !gpio_is_valid(base + chip->ngpio - )) && base >= ) {

 ...

     }

 ...

     if (status == ) {

         for (id = base; id < base + chip->ngpio; id++) {

             gpio_desc[id].chip = chip;    /* 放入全局变量中 */

             gpio_desc[id].flags = !chip->direction_input

                 ? ( << FLAG_IS_OUT)

                 : ;

         }

     }

 ...

 unlock:

     spin_unlock_irqrestore(&gpio_lock, flags);

     status = gpiochip_export(chip);

 ...

     return status;

 }

 EXPORT_SYMBOL_GPL(gpiochip_add);

重新回到gpio_direction_output()函数，我们继续向下分析。代码第40行：chip->direction_output(chip, gpio, value);最终会调用chip的direction_output()函数。我们来看一下gpio-omap.c中的direction_output()函数是怎么实现的：

 static void _set_gpio_direction(struct gpio_bank *bank, int gpio, int is_input)

 {

     void __iomem *reg = bank->base;

     u32 l;

     switch (bank->method) {

 #ifdef CONFIG_ARCH_OMAP1

     case METHOD_MPUIO:

         reg += OMAP_MPUIO_IO_CNTL / bank->stride;

         break;

 #endif

 #ifdef CONFIG_ARCH_OMAP15XX

     case METHOD_GPIO_1510:

         reg += OMAP1510_GPIO_DIR_CONTROL;

         break;

 #endif

 #ifdef CONFIG_ARCH_OMAP16XX

     case METHOD_GPIO_1610:

         reg += OMAP1610_GPIO_DIRECTION;

         break;

 #endif

 #if defined(CONFIG_ARCH_OMAP730) || defined(CONFIG_ARCH_OMAP850)

     case METHOD_GPIO_7XX:

         reg += OMAP7XX_GPIO_DIR_CONTROL;

         break;

 #endif

 #if defined(CONFIG_ARCH_OMAP2) || defined(CONFIG_ARCH_OMAP3)

     case METHOD_GPIO_24XX:

         reg += OMAP24XX_GPIO_OE;

         break;

 #endif

 #if defined(CONFIG_ARCH_OMAP4)

     case METHOD_GPIO_44XX:

         reg += OMAP4_GPIO_OE;

         break;

 #endif

     default:

         WARN_ON();

         return;

     }

     l = __raw_readl(reg);

     if (is_input)

         l |=  << gpio;

     else

         l &= ~( << gpio);

     __raw_writel(l, reg);

 }

最终它会通过readl()和writel()等操作实现对寄存器的读写操作，对于这两个函数，读者可以参考：Linux驱动函数解读第四节。

二、内核中GPIO的使用函数

1. 检测GPIO引脚是否有效

bool gpio_is_valid(int number)

2. 获取或释放GPIO引脚。如果GPIO引脚正在使用，则无法获取。原理类似于原子操作

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)

void gpio_free(unsigned gpio)

3. 设置GPIO引脚为输入或输出

int gpio_direction_input(unsigned gpio)    /* 输入 */

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)    /* 输出 */

4. 获取或设置GPIO引脚的值

int gpio_get_value(unsigned gpio)

void gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

5. 设置GPIO引脚为中断引脚

int gpio_to_irq(unsigned gpio)    /* 返回值为request_irq()使用的中断号 */

6. 导出或撤销GPIO引脚到用户空间

int gpio_export(unsigned gpio, bool direction_may_change)

/* 参数direction_may_change表示用户程序是否可以修改GPIO的方向，

    如果可以，则参数direction_may_change为真 */

void gpio_unexport(unsigned gpio)    /* 撤销GPIO */

下面我们可以使用GPIO子系统优化第二章的LED程序。

三、LED驱动优化

led源代码：

 #include <linux/module.h>

 #include <linux/fs.h>

 #include <linux/init.h>

 #include <linux/cdev.h>

 #include <linux/slab.h>

 #include <linux/device.h>

 #include <linux/gpio.h>

 #include <linux/io.h>

 #include <asm/uaccess.h>

 #include <asm/io.h>

 #include <plat/gpio-cfg.h>

 /* 定义文件内私有结构体 */

 struct led_device {

     struct cdev cdev;

     int stat;            /* 用于保存LED状态，0为灭，1为亮 */

 };

 static int g_major;

 module_param(g_major, int, S_IRUGO);

 static struct led_device*    dev;

 static struct class*        scls;

 static struct device*        sdev;

 /* LED write()函数 */

 static ssize_t led_write(struct file *filep, const char __user * buf, size_t len, loff_t *ppos)

 {

     struct led_device *dev = filep->private_data;

     if (copy_from_user(&(dev->stat), buf, ))

         return -EFAULT;

     if (dev->stat == )

         gpio_set_value(EXYNOS4_GPK1(), );

     else

         gpio_set_value(EXYNOS4_GPK1(), );

     return ;

 }

 /* LED open()函数 */

 static int led_open(struct inode *inodep, struct file *filep)

 {

     struct led_device *dev;

     int ret = -;

     dev = container_of(inodep->i_cdev, struct led_device, cdev);

     // 放入私有数据中

     filep->private_data = dev;

     // 设为输出引脚，灭灯

     ret = gpio_request(EXYNOS4_GPK1(), "LED3");

     if (ret)

         printk(KERN_ERR "failed to request LED3\n");

     gpio_direction_output(EXYNOS4_GPK1(), );

     s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPK1(), S3C_GPIO_OUTPUT);

     gpio_set_value(EXYNOS4_GPK1(), );

     return ;

 }

 static int led_close(struct inode *inodep, struct file *filep)

 {

     gpio_free(EXYNOS4_GPK1());

     return ;

 }

 /* 把定义的函数接口集合起来，方便系统调用 */

 static const struct file_operations led_fops = {

     .write = led_write,

     .open  = led_open,

     .release = led_close,

 };

 static int __init led_init(void)

 {

     int ret;

     dev_t devt;

     /* 1. 申请设备号 */

     if (g_major) {

         devt = MKDEV(g_major, );

         ret = register_chrdev_region(devt, , "led");

     }

     else {

         ret = alloc_chrdev_region(&devt, , , "led");

         g_major = MAJOR(devt);

     }

     if (ret)

         return ret;

     /* 2. 申请文件内私有结构体 */

     dev = kzalloc(sizeof(struct led_device), GFP_KERNEL);

     if (dev == NULL) {

         ret = -ENOMEM;

         goto fail_malloc;

     }

     /* 3. 注册字符设备驱动 */

     cdev_init(&dev->cdev, &led_fops);    /* 初始化cdev并链接file_operations和cdev */

     ret = cdev_add(&dev->cdev, devt, );    /* 注册cdev */

     if (ret)

         return ret;

     /* 4. 创建类设备，insmod后会生成/dev/led设备文件 */

     scls = class_create(THIS_MODULE, "led");

     sdev = device_create(scls, NULL, devt, NULL, "led");

     return ;

 fail_malloc:

     unregister_chrdev_region(devt, );

     return ret;

 }

 static void __exit led_exit(void)

 {

     /* 镜像注销 */

     dev_t devt = MKDEV(g_major, );

     device_destroy(scls, devt);

     class_destroy(scls);

     cdev_del(&(dev->cdev));

     kfree(dev);

     unregister_chrdev_region(devt, );

 }

 /* 声明段属性 */

 module_init(led_init);

 module_exit(led_exit);

 MODULE_LICENSE("GPL");

Makefile：

 KERN_DIR = /work/itop4412/tools/linux-3.5

 all:

     make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

 clean:

     make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean

     rm -rf modules.order

 obj-m    += led.o

测试文件：

 #include <stdio.h>

 #include <unistd.h>

 #include <sys/types.h>

 #include <sys/stat.h>

 #include <fcntl.h>

 #include <string.h>

 int main(int argc, char** argv)

 {

     if (argc != ) {

         printf("Usage: \n");

         printf("%s <on|off>\n", argv[]);

         return -;

     }

     int fd;

     fd = open("/dev/led", O_RDWR);

     if (fd < ) {

         printf("can't open /dev/led\n");

         return -;

     }

     char stat;

     if ( == strcmp(argv[], "off")) {

         stat = ;

         write(fd, &stat, );

     } else {

         stat = ;

         write(fd, &stat, );

     }

     close(fd);

     return ;

 }

下一章  十四、i2c子系统

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