【linux】驅動-4-LED晶片手冊分析

李柱明發表於2021-03-28
Linux晶片

目錄

前言

4. LED晶片手冊分析

本章節記錄實現LED暫存器配置，晶片手冊分析。

4.1 記憶體管理單元MMU

簡單介紹一下MMU。

4.1.1 MMU的功能

功能：

  • 將虛擬地址翻譯為實體地址。
  • 管理、保護記憶體。

不同的程式有各自的虛擬地址空間，某個程式中的程式不能修改另外一個程式所使用的實體地址，以此使得程式之間互不干擾，相互隔離。

作用：
* 保護記憶體：MMU給一些指定的記憶體設定了讀寫許可權。存在於頁表中。當有程式操作該記憶體時，MMU會查詢頁表中的許可權繼續匹配。
* 實現虛擬地址到實體地址的轉換：CPU可以執行在虛擬的記憶體當中，虛擬記憶體一般要比實際記憶體大很多，使得CPU可以執行比較大的應用程式。（原理可百度）

4.1.2 TLB的作用

TLB（Translation Lookaside Buffer）。

問題：當只有一級頁表進行地址轉換的時候，CPU每次讀寫資料都需要訪問兩次記憶體， 第一次是訪問記憶體中的頁表，第二次是根據頁表找到真正需要讀寫資料的記憶體地址； 如果使用兩級了表，那麼CPU每次讀寫資料都需要訪問3次記憶體。。。這樣就很繁瑣。
解決：MMU最先訪問TLB，假設TLB中包含可以直接轉換此虛擬地址的地址描述符， 則會直接使用這個地址描述符檢查許可權和地址轉換，如果TLB中沒有這個地址描述符， MMU才會去訪問頁表並找到地址描述符之後進行許可權檢查和地址轉換， 然後再將這個描述符填入到TLB中以便下次使用。

4.2 地址轉換函式

對映函式：ioremap()。
取消對映函式：iounmap()。

4.2.1 ioremap函式

函式原型：void __iomem *ioremap(phys_addr_t paddr, unsigned long size)

  • 引數：
    • paddr：被對映的 IO 起始地址（實體地址）。
    • size：需要對映的空間大小，以位元組為單位。
  • 返回值：
    • 一個指向 __iomem 型別的指標，當對映成功後便返回一段虛擬地址空間的起始地址。

通過返回的虛擬空間起始地址可以對記憶體進行讀寫。為了提高平臺的可移植性，建議使用以下讀寫函式：

unsigned int ioread8(void __iomem *addr)
unsigned int ioread16(void __iomem *addr)
unsigned int ioread32(void __iomem *addr)

void iowrite8(u8 b, void __iomem *addr)
void iowrite16(u16 b, void __iomem *addr)
void iowrite32(u32 b, void __iomem *addr)

與以上函式相似的函式：writeb、writew、writel、readb、readw、readl。
注意：其中 writex 與 iowritex 的區別是，writex 不進行端序檢查。

4.2.2 iounmap函式

函式原型：void iounmap(void *addr)

  • 引數：
    • addr：需要取消 ioremap 對映之後的起始地址（虛擬地址）。

4.3 LED驅動

已知：

  • 以 IMX6 為例。
  • RGB引腳分別為 GPIO1_IO04、GPIO4_IO20、GPIO4_19。
    簡要步驟：
  1. 檢視原理圖，分析出 LED 是低電平亮還是高電平亮。找出對應的 GPIO。
  2. 對 GPIO 暫存器進行操作：（暫存器表在 《IMX6ULLRM（6ULL使用者手冊）.pdf》 中查詢）
    1. 使能時鐘：使能 GPIO 對應的時鐘；
    2. 引腳複用：設定引腳複用為 GPIO；
    3. 引腳屬性：配置引腳屬性（上下拉、速率、驅動能力）；
    4. 控制引腳：控制GPIO引腳，輸出高低電平。
  3. 分層、分離：
    1. 上層為系統，模組的出入口函式。
    2. 下層為硬體：分離：
      1. 各種板卡， 提供不同的引腳資料。
      2. 驅動實現。

4.3.1 配置GPIO時鐘

暫存器表在 《IMX6ULLRM（6ULL使用者手冊）.pdf》 中查詢。

由圖可知，GPIO1 的時鐘是由暫存器 CCM_CCGR1 中的 [27-26] bit控制。
該暫存器地址為：Address: 20C_4000h base + 6Ch offset = 20C_406Ch。

暫存器值配置參考上圖。
使能 GPIO1時鐘：暫存器 CCM_CCGR1 中的 [27-26] bit 配置為 [27-26]: 0b11。

4.3.2 配置引腳複用

配置引腳複用為 GPIO。
檢視手冊 IOMUX 章節。

由上圖可以看出，暫存器 IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO04 [3-0] 設定為 0b0101 時。GPIO1_IO04 就配置為 GPIO1 模式。

4.3.3 引腳屬性

配置引腳屬性。

由上圖得，暫存器為 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_GPIO1_IO04。地址為 Address: 20E_0000h base + 2F8h offset = 20E_02F8h
分析：

  • HYS（bit16）：用來使能遲滯比較器 。
  • PUS（bit15-bit14）：用來設定上下拉電阻大小。
  • PUE（bit13）：當 IO 作為輸入的時候，這個位用來設定 IO 使用上下拉還是狀態保持器。
  • PKE（bit12）：用來使能或者禁止上下拉/狀態保持器功能。
  • ODE（bit11）：IO 作為輸出的時候，此位用來禁止或者使能開漏輸出。
  • SPEED（bit7-bit6）：當 IO 用作輸出的時候，此位用來設定 IO 速度。
  • DSE（bit5-bit3）：當 IO 用作輸出的時候用來設定 IO 的驅動能力。
  • SRE（bit0）：設定壓擺率。

把該暫存器配置為：0x1F838，即為 1 1111 1000 0011 1000。

4.3.4 引腳控制

參考 《IMX6ULLRM（6ULL使用者手冊）.pdf》 中的 28.5 GPIO Memory Map/Register Definition 章節。

控制引腳輸入還是輸出。

由上圖可知，GPIO1的資料基地址為 Base address = 0x0209C000。
而 GPIOx_GDIR 地址為 Base address + 4h = 0x0209C004

輸出高低電平。

地址為 Base address = 0x0209C000。
當該引腳配置為 GPIO OUTPUT MODE 時，即可通過設定該引腳來輸出高低電平。
同時，該引腳在 GPIO 模式時，不管 OUTPUT 還是 INPUT。都可以通過讀該暫存器值來判斷該引腳的高低電平。

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