Zynq UltraScale+ MPSoC Linux下EMIO-GPIO驱动

声明：本文是学习赛灵思 Zynq UltraScale+ MPSoC 5EV过程中写的笔记，便于以后复习，参考《 ug1144-petalinux-tools-reference-guide》、《ug1085》、黑金Zynq UltraScale+ MPSoC 5EV开发板资料。

1、MPSOC GPIO简介

MPSOC的GPIO 是有 6 个BANK；如下图；BANK0 有 26 个信号，控制 MIO[0:25]，BANK1 有 26 个信号，控制 MIO[26:51]，BANK2有 26 个信号，控制 MIO[52:77]，MIO 总共有 78 个引脚，也就是诸如 SPI,I2C,USB,SD 等 PS端外设接口；

BANK3~BANK5 总共能控制 96 个 PL 端引脚，注意每一组都有三个信号，输入EMIOGPIOI，输出 EMIOGPIOO，输出使能 EMIOGPIOTN，类似于三态门，共 288 个信号。

可以连接到 PL 端引脚，通过 PS 端控制。

2、vivado中EMIO配置

使用PL端的emio需要在vivado中进行约束；如需要将BANK4中的AA13引脚设置为EMIO1

则需要在vivado的XDC文件中做如下约束

set_property PACKAGE_PIN AA13 [get_ports {emio_tri_io[1]}]

作用：将AA13约束为EMIO1；在zynqmpsoc中emio的编号是从78开始的，所以emio1对应的就是78+1 = 79。

3、EMIO设备树修改

#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
#include <dt-bindings/pinctrl/pinctrl-zynqmp.h>


/{
	/* ps端 MIO*/
	ledps{
		compatatible = "led-ps";
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&pinctrl_led_default>;
		led-gpios = <&gpio 78 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	};
	
	keypl{
		compatible = "keypl";
		/* 79-emio引脚 GPIO_PULL_UP-GPIO属性 上拉输入 */
		key-gpios = <&gpio 79 GPIO_PULL_UP>;
	};
};


/* SD */
&sdhci1 {
	disable-wp;
	no-1-8-v;
};

/* USB */
&dwc3_0 {
	status = "okay";
	dr_mode = "host";
};

&gpio {
	status = "okey";
};

&pionctrl0 {
	status = "okey";
	pinctrl_led_default:led-default{
		mux {
			groups = "gpio0_78_grp";
			function = "gpio0";
		};
        
        conf {
			pins = "EMIO78";
			bias-disable;
			slew-rate = <SLEW_RATE_SLOW>;
			io-standard = <IO_STANDARD_LVCMOS18>;
		};
	};
};

在设备树中 emio 不需要配置pinctrl，直接使用gpio子系统即可。

驱动程序编写 key.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/delay.h>

#define CHAR_DEV_NAME "pl_key_dev"

/* 定义key设备结构体 */
struct key_dev{
	dev_t					devid;
    struct cdev				cdev;
    struct class			*class;
    struct device			*device;
    struct device_node 		*nd;
    struct gpio_desc		*gpio_d;
    struct semaphore		lock;
};

static struct key_dev key_char = {
    .cdev = {
  		.owner = THIS_MODULE,      
    },
};

/* 打开设备 */
static int key_open(struct inode *inode_p,struct file *file_p)
{
	int ret = 0;
    ret = down_interruptible(&key_char.lock);
    if(ret)
    {
        printk("%s wait resource break\n", CHAR_DEV_NAME);
        ret = -1;
    }
    else
    {
        printk("char dev open\n");
    }
    return ret;
}

/* 从设备读取数据 */
static int key_read(struct file *file_p, char __user *buf, size_t len, loff_t *loff_t_p)
{
	int ret = 0;
    unsigned char state = 0;
    
    if(0 == gpiod_get_value(key_char.gpio_d))
    {
        medlay(50);
        while(0 == gpiod_get_value(key_char.gpio_d));
        state = 1;
        ret = copy_to_user(buf,&state,sizeof(state));
    }
    else
    {
        ret = copy_to_user(buf, &state,sizeof(state));
    }
    
    return ret;
}

/* 关闭/释放设备 */
static int key_release(struct inode *inode_p, struct file *file_p)
{
    up(&key_char.lock);
    printk("char dev release\n");
    return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations key_fops = {
  	.owner	=	THIS_MODULE,
    .open	=	key_open,
    .read	=	key_read,
    //.write	=	key_write,
    .release =	key_release,
};

/* 驱动初始化函数 */
static int __init key_drv_init(void)
{
	int ret = 0;
    ret = alloc_chrdev_region(&key_char.devid,0,1,CHAR_DEV_NAME);
    if(ret < 0)
    {
        goto err;
    }
    
    cdev_init(&key_char.cdev.&key_fops);
    
    ret = cdev_add(&key_char.cdev,key_char.devid,1);
    if(ret < 0)
    {
        goto err;
    }
    
    key_char.class = class_create(THIS_MODULE,CHAR_DEV_NAME);
    if(IS_ERR(key_char.class))
    {
        ret = PTR_ERR(key_char.class);
        goto err;
    }
    
    key_char.device = device_create(key_char.class,NULL,key_char.devid,NULL,CHAR_DEV_NAME);
    if(IS_ERR(key_char.device))
    {
        ret = PTR_ERR(key_char.device);
        goto err;
    }
    
    key_char.device->of_node = of_find_node_path("/keypl");
    key_char.gpio_d = gpio_get_index(key_char.device,"key",0,GPIO_IN);
    gpiod_direection_input(key_char.gpio_d);
    
    sema_init(&key_char.lock,1);
    
err:
    return ret;
    
}

static void __exit key_drv_exit(void)
{
    gpio_put(key_char.gpio_d);
    
    cdev_del(&key_char.cdev);
    
    device_destroy(key_char.class,key_char.devid);
    
    class_destroy(key_char.class);
    
    unregister_chrdev_region(key_char.devid,1);
}

module_init(key_drv_init);
module_exit(key_drv_exit);

MODULE_AUTHOR("kevin");
MODULE_ALIAS("emio_key");
MODULE_DESCRIPTION("EMIO KEY driver");
MODULE_VERSION("v1.0");
MODULE_LICENSE("GPL");

应用程序：Emio_Key_Test.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int mian(int argc, char *argv[])
{
    int fd_led,fd_key;
    int ret;
    unsigned int key_value = 0;
    
    fd_key = opne("/dev/pl_key_dev", O_RDWR);
    if(fd_key < 0)
    {
        printf("file /dev/pl_key_dev open failed\r\n");
    	return -1;
    }
    
    fd_led = open("/dev/led_dev", O_RDWR);
    if(fd_led < 0)
    {
        printf("file /dev/led_dev open failed\r\n");
        return -1;
    }
    
    while(1)
    {
        ret = read(fd_key,&key_value, sizeof(key_value));
        if(ret < 0)
        {
            printf("read failed\r\n");
            break;
        }
        
        if(1 == key_value)
        {
            printf("key pushed\n");
            led_value = !led_value;
            ret = write(fd_led,&led_value,sizeof(led_value));
            if(ret < 0)
            {
                printf("write failed\r\n");
                break;
            }
        }
        
    }
    
    close(fd_key);
    close(fd_led);
    
    return 0;
   
}

测试

修改设备树后重新编译petalinux，并打包生成BOOT.bin文件,烧录到SD卡中

petalinux-build

petalinux-package --boot --u-boot --fsbl --force

进入板载Linux系统中，加载led和key两个驱动文件

insmod pl-key.ko
insmod ps-led.ko

运行./Emio_Key_Test

printf("请关注微信公众号：Kevin的学习站，关于AUTSAR和自动驾驶嵌入式相关的文章！")

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