如何编写GPIO设备驱动程序_物联网终端操作系统(AliOS Things)-阿里云帮助中心

1. 前言

本文介绍如何编写符合AliOS Things标准的GPIO控制器设备驱动程序。

2. 头文件

在程序中使用本文提及的功能应包含头文件aos/gpioc_core.h。

3. 数据结构

AliOS Things提供GPIO控制器设备的抽象基础结构：

typedef struct aos_gpioc aos_gpioc_t;

采用结构体嵌套的方式从基础结构派生出具体的硬件结构，注意基础结构之后应紧接aos_gpioc_pin_t类型数组。派生类型应包含具体硬件操作所需的各种变量。例如：

#define GPIOC_ABC_NUM_PINS 32

typedef struct {
    aos_gpioc_t gpioc;
    aos_gpioc_pin_t pins[GPIOC_ABC_NUM_PINS];
    /* private data */
    void *reg_base;
    int irq_num;
} gpioc_abc_t;

使用宏aos_container_of实现从基础结构指针到派生结构指针的转换。例如：

aos_gpioc_t *gpioc_dev = foo();
gpioc_abc_t *gpioc_abc = aos_container_of(gpioc_dev, gpioc_abc_t, gpioc);

4. 注册及注销

4.1. 注册

AliOS Things提供如下函数用于注册GPIO master设备：

aos_status_t aos_gpioc_register(aos_gpioc_t *gpioc);

调用注册函数之前，BSP开发者应自行分配一个aos_gpioc_t类型或其派生类型的变量并对包含的如下变量赋值：

dev.id：uint32_t类型，表示该设备的ID。不同GPIO控制器设备不能拥有相同的ID。
ops：const aos_gpioc_ops_t *类型，指向一组面向硬件的回调函数：

typedef struct {
    void (*unregister)(aos_gpioc_t *gpioc);
    aos_status_t (*set_mode)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);
    void (*enable_irq)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);
    void (*disable_irq)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);
    int (*get_value)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);
    void (*set_value)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);
} aos_gpioc_ops_t;

num_pins：uint32_t类型，表示该设备包含的GPIO pin数目。

调用注册函数之前，BSP开发者应初始化派生类型中的私有变量，并执行具体硬件相关的初始化工作（例如映射寄存器地址等）。

4.2. 注销

AliOS Things提供如下函数用于注销GPIO控制器设备：

aos_status_t aos_gpioc_unregister(uint32_t id);

调用此函数之后，BSP开发者可回收相关联的aos_gpioc_t类型或其派生类型的变量。

5. 回调函数

驱动程序应实现aos_gpioc_ops_t定义的一组面向硬件的回调函数。

5.1. unregister

void (*unregister)(aos_gpioc_t *gpioc);

unregister回调函数在设备注销时被调用，可在该函数中执行具体硬件相关的反初始化工作（例如解除寄存器地址映射等）。

5.2. set_mode

aos_status_t (*set_mode)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);

set_mode回调函数在修改GPIO控制器设备上某个pin的模式时被调用，驱动程序应在该函数中根据新模式修改硬件状态。修改成功后返回0；失败时应返回errno（负值），且驱动程序应将硬件状态恢复到此函数被调用之前的状态。

set_mode回调函数可访问gpioc->pins[pin].mode变量获取被操作的pin的新模式。该变量是uint32_t类型，可包含如下字段，各字段使用按位或运算连接：

方向，掩码为AOS_GPIO_DIR_MASK，取值必须为以下当中的一个：
AOS_GPIO_DIR_NONE：表示该pin不作为GPIO使用，可能让出pin mux，具体由驱动程序实现决定。
AOS_GPIO_DIR_INPUT：表示该pin作为输入。
AOS_GPIO_DIR_OUTPUT：表示该pin作为输出。
输入配置，只在该pin作为输入时有意义，掩码为AOS_GPIO_INPUT_CFG_MASK，取值必须为以下当中的一个：
AOS_GPIO_INPUT_CFG_DEFAULT：表示输入配置为默认模式，具体由驱动程序实现，一般为最常用模式或硬件支持的唯一模式。
AOS_GPIO_INPUT_CFG_HI：表示输入配置为浮空模式。
AOS_GPIO_INPUT_CFG_PU：表示输入配置为上拉模式。
AOS_GPIO_INPUT_CFG_PD：表示输入配置为下拉模式。
中断触发模式。注意set_mode回调函数只能设置硬件中断模式但不能使能中断。只在该pin作为输入时有意义，掩码为AOS_GPIO_IRQ_TRIG_MASK，取值必须为以下当中的一个：
AOS_GPIO_IRQ_TRIG_NONE：表示不触发中断。
AOS_GPIO_IRQ_TRIG_EDGE_RISING：表示上升沿触发中断。
AOS_GPIO_IRQ_TRIG_EDGE_FALLING：表示下降沿触发中断。
AOS_GPIO_IRQ_TRIG_EDGE_BOTH：表示上升沿和下降沿都触发中断。
AOS_GPIO_IRQ_TRIG_LEVEL_LOW：表示低电平触发中断。
AOS_GPIO_IRQ_TRIG_LEVEL_HIGH：表示高电平触发中断。
输出配置，只在该pin作为输出时有意义，掩码为AOS_GPIO_OUTPUT_CFG_MASK，取值必须为以下当中的一个：
AOS_GPIO_OUTPUT_CFG_DEFAULT：表示输出配置为默认模式，具体由驱动程序实现，一般为最常用模式或硬件支持的唯一模式。
AOS_GPIO_OUTPUT_CFG_PP：表示输出配置为推挽模式。
AOS_GPIO_OUTPUT_CFG_ODNP：表示输出配置为开漏无上拉模式。
AOS_GPIO_OUTPUT_CFG_ODPU：表示输出配置为开漏上拉模式。
输出初始电平，只在该pin作为输出时有意义，掩码为AOS_GPIO_OUTPUT_INIT_MASK，取值必须为以下当中的一个：
AOS_GPIO_OUTPUT_INIT_LOW：表示输出低电平。
AOS_GPIO_OUTPUT_INIT_HIGH：表示输出高电平。

5.3. enable_irq

void (*enable_irq)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);

enable_irq回调函数在使能某个pin的中断时被调用，驱动程序应在该函数中将硬件配置为使能该pin的中断。这里的使能中断是指GPIO控制器级别而非中断控制器级别。

5.4. disable_irq

void (*disable_irq)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);

disable_irq回调函数在禁用某个pin的中断时被调用，驱动程序应在该函数中将硬件配置为禁用该pin的中断。这里的禁用中断是指GPIO控制器级别而非中断控制器级别。

5.5 get_value

int (*get_value)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);

get_value回调函数在获取某个pin的输入电平时被调用，驱动程序应在该函数中从硬件获取输入电平。输入电平为低电平时返回0，为高电平时返回1。

5.5 set_value

void (*set_value)(aos_gpioc_t *gpioc, uint32_t pin);

set_value回调函数在设置某个pin的输出电平时被调用，驱动函数应在该函数中向硬件配置输出电平。gpioc->pins[pin].value变量表示被输出的电平，0表示低电平，1表示高电平。

6. 中断处理

在GPIO控制器硬件中断处理程序中调用宏aos_gpioc_hard_irq_handler来触发中断处理流程。

aos_gpioc_hard_irq_handler(gpioc, pin, polarity)

polarity是获取双沿触发中断极性的表达式，若本次是上升沿触发则表达式的值应为true，否则为false。polarity表达式只有在中断模式为双沿触发时才会被求值。