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OpenHarmony-4.GPIO驱动

news 来源：原创 2025/5/9 14:51:38

GPIO

1.功能简介

GPIO（General-purpose input/output）即通用型输入输出。GPIO又俗称为I/O口，I指的是输入(in），O指的是输出（out）。可以通过软件来控制其输入和输出，即I/O控制。通常，GPIO控制器通过分组的方式管理所有GPIO管脚，每组GPIO有一个或多个寄存器与之关联，通过读写寄存器完成对GPIO管脚的操作。

GPIO输入

输入是检测各个引脚上的电平状态，高电平或者低电平状态。常见的输入模式有：模拟输入、浮空输入、上拉输入、下拉输入。
GPIO输出

输出是当需要控制引脚电平的高低时需要用到输出功能。常见的输出模式有：开漏输出、推挽输出、复用开漏输出、复用推挽输出。

GPIO接口定义了操作GPIO管脚的标准方法集合，包括：

设置、获取管脚方向：方向可以是输入或者输出（暂不支持高阻态）。
读、写管脚电平值：电平值可以是低电平或高电平。
设置、取消管脚中断服务函数：设置一个管脚的中断响应函数，以及中断触发方式。取消一个管脚的中断服务函数。
使能、禁止管脚中断：禁止或使能管脚中断。

1.1.运作机制

在HDF框架中，同类型设备对象较多时（可能同时存在十几个同类型配置器），若采用独立服务模式，则需要配置更多的设备节点，且相关服务会占据更多的内存资源。相反，采用统一服务模式可以使用一个设备服务作为管理器，统一处理所有同类型对象的外部访问（这会在配置文件中有所体现），实现便捷管理和节约资源的目的。GPIO模块接口适配模式采用统一服务模式：
在这里插入图片描述
在统一模式下，所有的控制器都被核心层统一管理，并由核心层统一发布一个服务供接口层，因此这种模式下驱动无需再为每个控制器发布服务。

GPIO模块各分层作用：

接口层提供操作GPIO管脚的标准方法。
核心层主要提供GPIO管脚资源匹配，GPIO管脚控制器的添加、移除以及管理的能力，通过钩子函数与适配层交互，供芯片厂家快速接入HDF框架。
适配层主要是将钩子函数的功能实例化，实现具体的功能。

1.2.接口层

GPIO模块提供的主要接口：

drivers/hdf_core/framework/include/platform/gpio_if.h

在这里插入图片描述

以gpio_stm32f4xx为例：

GpioRead-> GpioCntlrRead-> cntlr->ops->read 调用哪里？-> LL_GPIO_ReadInputPin

GpioRead代码分析：

drivers_hdf_core/framework/support/platform/src/gpio/gpio_if.c
int32_t GpioRead(uint16_t gpio, uint16_t *val)
{int32_t ret;struct GpioCntlr *cntlr = GpioCntlrGetByGpio(gpio);ret = GpioCntlrRead(cntlr, GpioCntlrGetLocal(cntlr, gpio), val);GpioCntlrPut(cntlr);return ret;
}drivers_hdf_core/framework/support/platform/src/gpio/gpio_core.c:
int32_t GpioCntlrRead(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t *val)
{...return cntlr->ops->read(cntlr, local, val);  //调用注册的gpio_stm32f4xx控制器ops接口对应的read函数，即g_GpioCntlrMethod->GpioDevRead
}

gpio_stm32f4xx驱动：

drivers_hdf_core/adapter/platform/gpio/gpio_stm32f4xx.c

struct HdfDriverEntry g_GpioDriverEntry = {.moduleVersion = 1,.moduleName = "ST_GPIO_MODULE_HDF",.Init = GpioDriverInit,.Release = GpioDriverRelease,
};
HDF_INIT(g_GpioDriverEntry);static int32_t GpioDriverInit(struct HdfDeviceObject *device)
{int32_t ret;struct GpioCntlr *gpioCntlr = NULL;ret = PlatformDeviceBind(&g_stmGpioCntlr.device, device);gpioCntlr = GpioCntlrFromHdfDev(device);ret = AttachGpioDevice(gpioCntlr, device); /* GpioCntlr add GpioDevice to priv */gpioCntlr->ops = &g_GpioCntlrMethod;  //注册的ops接口ret = GpioCntlrAdd(gpioCntlr);return HDF_SUCCESS;
}/* GpioMethod definitions */
struct GpioMethod g_GpioCntlrMethod = {.request = NULL,.release = NULL,.write = GpioDevWrite,.read = GpioDevRead,.setDir = GpioDevSetDir,.getDir = GpioDevGetDir,.toIrq = NULL,.setIrq = GpioDevSetIrq,.unsetIrq = GpioDevUnSetIrq,.enableIrq = GpioDevEnableIrq,.disableIrq = GpioDevDisableIrq,
};static int32_t GpioDevRead(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio, uint16_t *val)
{(void)cntlr;uint16_t realPin = g_gpioPinsMap[gpio].realPin;uint32_t pinReg = g_stmRealPinMaps[realPin];uint16_t value = 0;GPIO_TypeDef* gpiox = g_gpioxMaps[g_gpioPinsMap[gpio].group];value = LL_GPIO_ReadInputPin(gpiox, pinReg);  //调用ll库对应的函数接口*val = value;return HDF_SUCCESS;
}

1.3.核心层

drivers_hdf_core/adapter/platform/gpio/gpio_stm32f4xx.c

gpio_stm32f4xx驱动初始化：

struct HdfDriverEntry g_GpioDriverEntry = {.moduleVersion = 1,.moduleName = "ST_GPIO_MODULE_HDF",.Init = GpioDriverInit,.Release = GpioDriverRelease,
};
HDF_INIT(g_GpioDriverEntry);static struct GpioCntlr g_stmGpioCntlr;
static int32_t GpioDriverInit(struct HdfDeviceObject *device)
{int32_t ret;struct GpioCntlr *gpioCntlr = NULL;ret = PlatformDeviceBind(&g_stmGpioCntlr.device, device);gpioCntlr = GpioCntlrFromHdfDev(device);ret = AttachGpioDevice(gpioCntlr, device); /* GpioCntlr add GpioDevice to priv */gpioCntlr->ops = &g_GpioCntlrMethod; /* register callback */ret = GpioCntlrAdd(gpioCntlr);return HDF_SUCCESS;
}

GpioDriverInit 函数主要工作：

绑定GpioCntlr和HdfDeviceObject；
调用GpioCntlrAdd将gpioCntlr 注册到PlatformManager进行管理。
GpioCntlrAdd -> PlatformDeviceAdd->PlatformManagerAddDevice

1.4.开发步骤

GPIO标准API通过GPIO管脚号来操作指定管脚，使用GPIO的一般流程如图所示。

图 2 GPIO使用流程图
1.3.1.确定GPIO管脚号

两种方式获取管脚号：

根据SOC芯片规则进行计算、通过管脚别名获取
不同SOC芯片由于其GPIO控制器型号、参数、以及控制器驱动的不同，GPIO管脚号的换算方式不一样。
通过管脚别名获取
调用接口GpioGetByName进行获取，入参是该管脚的别名，接口返回值是管脚的全局ID。

1.3.2.设置GPIO管脚中断

为一个GPIO管脚设置中断响应程序，使用如下函数：

int32_t GpioSetIrq(uint16_t gpio, uint16_t mode, GpioIrqFunc func, void *arg);

以hdf_key 驱动为例：

SetupKeyIrq->GpioSetIrq

drivers_hdf_core/framework/model/input/driver/hdf_key.c:
static int32_t KeyInit(KeyDriver *keyDrv)
{int32_t ret = SetupKeyIrq(keyDrv);CHECK_RETURN_VALUE(ret);return HDF_SUCCESS;
}static int32_t SetupKeyIrq(KeyDriver *keyDrv)
{uint16_t intGpioNum = keyDrv->keyCfg->gpioNum;uint16_t irqFlag = keyDrv->keyCfg->irqFlag;int32_t ret = GpioSetDir(intGpioNum, GPIO_DIR_IN);ret = GpioSetIrq(intGpioNum, irqFlag | GPIO_IRQ_USING_THREAD, KeyIrqHandle, keyDrv);ret = GpioEnableIrq(intGpioNum);return HDF_SUCCESS;
}

GpioSetIrq 函数调用：

GpioSetIrq -> GpioCntlrSetIrq-> GpioIrqRecordCreate-> cntlr->ops->setIrq-> GpioDevSetIrq  //gpio_stm32f4xx.c

代码实现：

drivers_hdf_core/framework/support/platform/src/gpio/gpio_if.c
int32_t GpioSetIrq(uint16_t gpio, uint16_t mode, GpioIrqFunc func, void *arg)
{int32_t ret;struct GpioCntlr *cntlr = GpioCntlrGetByGpio(gpio);ret = GpioCntlrSetIrq(cntlr, GpioCntlrGetLocal(cntlr, gpio), mode, func, arg);GpioCntlrPut(cntlr);return ret;
}int32_t GpioCntlrSetIrq(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t local, uint16_t mode, GpioIrqFunc func, void *arg)
{int32_t ret;struct GpioInfo *ginfo = NULL;struct GpioIrqRecord *irqRecord = NULL;ginfo = &cntlr->ginfos[local];ret = GpioIrqRecordCreate(ginfo, mode, func, arg, &irqRecord);ret = GpioCntlrSetIrqInner(ginfo, irqRecord);return ret;
}static int32_t GpioCntlrSetIrqInner(struct GpioInfo *ginfo, struct GpioIrqRecord *irqRecord)
{int32_t ret;uint16_t local = GpioInfoToLocal(ginfo);struct GpioCntlr *cntlr = ginfo->cntlr;...ginfo->irqRecord = irqRecord;ret = cntlr->ops->setIrq(cntlr, local, irqRecord->mode);return ret;
}drivers_hdf_core/adapter/platform/gpio/gpio_stm32f4xx.c
struct GpioMethod g_GpioCntlrMethod = {....setIrq = GpioDevSetIrq,...
};static int32_t GpioDevSetIrq(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio, uint16_t mode)
{(void)cntlr;uint16_t realPin = g_gpioPinsMap[gpio].realPin;uint32_t pinReg = g_stmRealPinMaps[realPin];if (mode == OSAL_IRQF_TRIGGER_RISING) {g_gpioExitCfg[gpio].trigger = LL_EXTI_TRIGGER_RISING;} else if (mode == OSAL_IRQF_TRIGGER_FALLING) {g_gpioExitCfg[gpio].trigger = LL_EXTI_TRIGGER_FALLING;} else {HDF_LOGE("%s %d, error mode:%d", __func__, __LINE__, mode);return HDF_ERR_NOT_SUPPORT;}return HDF_SUCCESS;
}

refer to

git clone https://gitee.com/openharmony/drivers_hdf_core.git
http://docs.openharmony.cn/pages/v4.1/zh-cn/device-dev/driver/driver-platform-gpio-des.md/

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