一个字符驱动示例 -- 微秒级别周期反转GPIO

news2024/9/27 17:37:34

仅作为自我记录的一个demo
本次GPIO以微妙级别频率的反转实验有以下几个启示：

一开始在应用层做延时，来实现2微妙周期，占空比50%的GPIO反转，发现波形的频率一直上不去，只能在25hz徘徊，后来索性去掉延时，发现最高也就只能到发现只能到达6.5us周期，一开始是认为system函数内有系统调用，开销比较大，但是后来一想再大应该超不过200ns，后来向组内大佬请求帮助，大佬说sleep函数会引起睡眠，造成进程切换，这个开销是很大的，特别是us级别的延时，得不偿失。另外，一开始操作gpio是用system来执行echo操作gpio，这个过程本质是execvp了进程，也有一定开销。应该用file操作sysfs的文件。
后来将延时操作迁移到linux内核驱动，这次不加延时，最高可以跑到120ns的周期，我想应该还能跑到更高，因为这个demo是开启一个内核线程去执行的。
最后，将延时操作换为对时间的读取，使用gettimeofday函数，这个函数的精度刚好是us级别，通过在while循环里判断两次读取时间查是否大于等于1来反转gpio，到这个做法好像不太行，输出的波形不稳定，频率在不断变化：
放弃3中的做法后，可以尝试的方法还有内核定时器，udelay函数可以尝试。看看尝试了udelay的效果：
效果还行，最终就选择了这个方案。

#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/pagemap.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/module.h>

#define ENTER() printk(KERN_DEBUG "%s() Enter", __func__)
#define EXIT() printk(KERN_DEBUG "%s() Exit", __func__)
#define ERR(fmt, args...) printk(KERN_ERR "%s()-%d: " fmt "\n", __func__, __LINE__, ##args)
#define DBG(fmt, args...) printk(KERN_DEBUG "%s()-%d: " fmt "\n", __func__, __LINE__, ##args)

/*
 * toggle the gpio output value every 1us
*/

#define GPIO_PORTB_BASE 0xF244C000
#define GPIOB_DATA_OFF  0x0
#define GPIOB_DIR_OFF   0x4

#define IOMUX_BASE      0xF0040500
#define DRIVER_ABLT_R2R_OFF 0x00
#define PINCTRL_OFF         0x2C
#define GPIO_FUNC_NUM   8
#define DRIVER_SET_VAL  1
#define GPIO_PIN_NUM    4
#define PIN_MUX_BIT_WIDTH 4
#define PIN_DRV_BIT_WIDTH 1

#define TOGGLE_SPAN_IN_US 1

static unsigned int *gpio_handler;
static unsigned int *iomux_handler;
static struct task_struct *test_kthread = NULL;  

static void pinctrl(void *handler)
{
    unsigned int *pinctrl_banke = (unsigned int *)(handler + PINCTRL_OFF);
    unsigned int *driver_banke = (unsigned int *)(handler + DRIVER_ABLT_R2R_OFF);

    // PE4 set func 8
    *pinctrl_banke = (unsigned int)(GPIO_FUNC_NUM << (GPIO_PIN_NUM * PIN_MUX_BIT_WIDTH));

    // PE4 driver ability set 2ma
    *driver_banke = (unsigned int)(DRIVER_SET_VAL << (GPIO_PIN_NUM * PIN_DRV_BIT_WIDTH));
}

static void gpio_cfg(void *handler)
{
    unsigned int *gpio_dir_base = (unsigned int *)(handler + GPIOB_DIR_OFF);

    //set gpiob1 direction output 
    *gpio_dir_base = 0x02;
}

inline void gpio_set_high(void *handler)
{
    unsigned int * gpio_dat_base = (unsigned int *)(handler + GPIOB_DATA_OFF);

    //set gpiob1 output high
    *gpio_dat_base = 0x02;
}

inline void gpio_set_low(void *handler)
{
    unsigned int * gpio_dat_base = (unsigned int *)(handler + GPIOB_DATA_OFF);

    //set gpiob1 output low
    *gpio_dat_base = 0x00;
}

static int gpio_toggle_thread(void* data)
{
    static volatile unsigned int flg = 0;
    ENTER();   
    
    gpio_handler = ioremap(GPIO_PORTB_BASE, 8);
    iomux_handler = ioremap(IOMUX_BASE, 50);

    pr_err("gpio_toggle_thread start \r\n");
 
    pinctrl(iomux_handler);
    gpio_cfg(gpio_handler);

    while(!kthread_should_stop())
    {
        if(flg == 0)
        {
            gpio_set_high(gpio_handler);
            flg = 1;
        } else {
            gpio_set_low(gpio_handler);
            flg = 0;
        }
        udelay(1);
    }

    EXIT();
    return 0;
}

int __init gp_toggle_init(void)
{
    ENTER();

    test_kthread = kthread_run(gpio_toggle_thread, NULL, "gpio-toggle");  
    if(!test_kthread) {
        ERR("kthread_run fail");
		return -ECHILD;       
    }

    EXIT();
    return 0;
}

void __exit gp_toggle_exit(void)
{
	ENTER();
	if (test_kthread) {
		DBG("kthread_stop");
		kthread_stop(test_kthread); //停止内核线程
		test_kthread = NULL;
	}
   
	EXIT();    
    return;
}

module_init(gp_toggle_init);
module_exit(gp_toggle_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");