제 10 장 디바이스 드라이버

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10.1 GPIO PIN 설명

10.2 GPIO 제어용 Device Driver

10.3 FND 어드레스 디코딩 회로 설명

11.4 FND 제어용 Device Driver

목차

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GPIO 와 Interrupt 를 이용한 char device driver를 제작해보자 . XHYPER270-TKU board 에 GPIO test 를 위한

2 개의 key 와 led 가 있다 . key 를 눌렸을 때 interrupt 발생하게 하여 interrupt

service routine 이 실행되면서 LED 를 점등하게 한다 .

GPIO 35, 36, 37,41 은 interrupt 를 위해 입력 I/O로 셋팅하고 , GPIO 3, 4 는 led 점등을 위한 출력 I/O 로 셋팅한다 .

10.1.1 GPIO

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GPIO – LED GPIO Pin Alignment

10.1.1 GPIO

GPIO_LED0 와 GPIO_ LED1 이 GPIO 3, 4 에

물려 있음 .

GPIO 는 General-purpost I/O ports 의 의미로 일반적인 목적으로 입출력 하는 포트를 말함 . PXA270 는 118 개의

GPIO 포트가 chip 의 pin 으로 나와 있다 .

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GPIO Control Register(1)

10.1.1 GPIO

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GPIO – GPIO Control Register(2) 27 개의 32bit registers 를 가지고 GPIO 를 control 한다 .

Three monitor pin state(GPLR) GPIO 핀이 입력모드일 때 GPIO 핀의 현재 입력 상태값 (0 혹은 1) 을

표시한다 . 해당 필드가 1 이면 입력이 high 이고 0 이면 low 이다 .

Six control output pin state(GPSR, GPCR) GPSR 은 GPIO 핀의 출력을 high 로 설정한다 . 해당 필드에 1 을 입력하면

출력이 high 로 유지되고 0 을 입력하면 아무런 영향이 없다 . 즉 해당 핀의 출력을 low 로 설정하고자 한다면 GPCR 을 set 해야 한다 .

GPCR 은 GPIO 핀의 출력을 low 로 설정한다 . 해당 필드에 1 을 입력하면 출력이 low 로 유지되고 0 을 입력하면 아무런 영향이 없다 . 해당 핀을 hith로 출력 하려면 GPSR 을 1 로 set 하여야 한다 .

Three control pin direction(GPDR) GPIO 핀을 입력방향으로 할 것인지 출력방향으로 할 것인지를 결정한다 .

해당 필드가 1 이면 출력이고 , 0 이면 입력이다 .

10.1.1 GPIO

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GPIO – GPIO Control Register(3)

10.1.1 GPIO

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GPIO – GPIO Control Register(4) Six control whether rising edges and/or falling edges are detected (G

RER & GFER) GRER 의 특정 bit 를 1 로 set 하면 그 bit 에 해당 하는 GPIO 핀의 상승 에지를

감시하여 상승 에지가 발생하면 GEDR 의 해당 필드의 값이 1 이 된다 . 즉 GPIO 입력 값의 변화 (low->high) 를 감시하고자 할 때 사용하며 상승 에지가 발생하면 인터럽트를 발생시킬 수 있다 .

GFER 의 특정 bit 를 1 로 set 하면 그 bit 에 해당하는 GPIO 핀의 하강 에지를 감시하여 하강 에지가 발생하면 GEDR 의 해당 필드의 값이 1 이 된다 . 즉 GPIO입력 값의 변화 (high->low) 를 감시하고자 할 때 사용하며 하강 에지가 발생하면 인터럽트를 발생 시킬 수 있다 . GPIO 핀의 하강 에지를 감시하여 하강 에지가 발생하면 해당필드의 값이 1 이된다 .

Three indicate when specified edge types have been detected on pins(GEDR) GPIO 핀이 입력으로 설정되고 GRER 이나 GFER 이 set 되어 있다면 GPIO 핀에

상승 에지나 하강 에지가 발생 하게 되면 GEDR 의 해당 필드가 1 이 된다 . 0 은 에지가 발생하지 않은 상태이다 . GEDR 이 1 로 set 되면 인터럽트를 발생시킬 수 있는 요건이 되기 때문에 매번 에지가 발생하였는지 이 레지스터의 값을 읽어 볼 필요가 없게 된다 . GEDR 을 해당 bit 를 clear 하려면 그 bit 에 1 을 써 주면 된다 . 0 을 쓰면 아무런 변화를 발생시키지 않는다 .

10.1.1 GPIO

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GPIO – GPIO Control Register(5) Six determine whether a pin is used as a normal GPIO or whe

ther it is to be taken over by one of three possible alternate functions (GAFR_L, GAFR_U) GPIO 핀을 특정 기능을 위한 핀으로 쓸 것인지 GPIO 핀으로 쓸

것인지를 결정한다 . 1 이면 특정 기능으로 설정하고 , 0 이면 GPIO 로 설정한다 .

10.1.1 GPIO

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GPIO – GPIO Control Register(6) 앞 슬라이드에서 보았던 우리가 다룰 Register Definition

10.1.1 GPIO

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10.1.1 GPIO

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10.1.1 GPIO

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Key Hardware – scheme(1)

10.1.2 Key Button

GPIO LED Device Driver

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LED 제어용 device driver – 작업개요 GPIO 를 이용한 led device driver 를 제작해보자 .

XHYPER270-TKU board 에 2 개의 led 가 있다 . 2 개의 LED 는 GPIO3 와 4 에 연결되어 있다 . 2 개의 LED 를 켜기 위한 방법으로 GPIO 에 연결되어있는 key 중에서 36, 37 번 GPIO 에 연결된 KEY 를 사용한다 . 36,37 번의 GPIO 에 해당하는 버튼을 누르면 인터럽트 루틴이 호출되고 , 인터럽트 루틴에 의해 2 개의 LED 를 점등하게 하게 한다 .


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LED 제어용 device driver 우리가 다룰 Register Definition(1) GPIO 3, 4 번의 입 / 출력 방향을 결정한다 .


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LED 제어용 device driver 우리가 다룰 Register Definition(2)


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LED 제어용 device driver – driver coding(1)

#include <linux/module.h> // 모듈에 관한 정의

#include <linux/init.h> //init_module() 과 cleanup_module()

#include <asm/uaccess.h> //copy_to_user()

#include <asm/io.h>

#include <asm/arch/pxa-regs.h> //GPIO controller 에 관한 정의


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#define GPIO_LED1 GPIO_bit(3) //gpio 3 번 핀#define GPIO_LED2 GPIO_bit(4) //gpio 4 번 핀….#define GPIO_TEST_MAJOR 241 // 메이저 번호#define GPIO_TEST_NAME "GPIO_TEST“ // 디바이스 이름….#define GPIO_LED1_ON_OFF0x2000 //IOCTL 매직번호#define GPIO_LED2_ON_OFF0x2100 //IOCTL 매직번호


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static int gpio_test_open(struct inode *inode, struct file *filp){ printk("GPIO TEST OPEN\n");

GPSR1 = (GPIO_bit(3) | GPIO_bit(4)); // LED Inital Clearif(led_usage != 0) return -EBUSY;led_usage = 1; return 0;}

…..static int gpio_test_release(struct inode *inode, struct file *filp){

led_usage = 0; return 0;}


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static struct file_operations gpio_test_fops = { .open = gpio_test_open,.read = gpio_test_read,.write = gpio_test_write,.ioctl = gpio_test_ioctl,.release= gpio_test_release,};


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static int gpio_test_init(void){……// GPLED1, GPLED2 Setting

GAFR1_L &= ~((1<<9)|(1<<8) | (1<<7)|(1<<6)); //GPIO3,4GPDR1 |= (GPIO_LED1 | GPIO_LED2); //Output Pin

GPSR1 = (GPIO_LED1 | GPIO_LED2); // 켜기GPCR1 = (GPIO_LED1 | GPIO_LED2); // 끄기


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LED 제어용 device driver – application coding(2)static void gpio_test_exit(void){

GPSR1 = (GPIO_bit(35) | GPIO_bit(41)); // LED Clear

GPIO 셋팅을 통해 LED 쪽 드라이버 부분은 완성되었다 . 이제 key 입력을 위한 드라이버 코딩을 살펴보자 .


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GPIO 와 Interrupt 를 이용한 GPIO device driver 를 완성해보자 .

- XHYPER270-TKU board 에 있는 key button 중 4 개가 GPIO 로 연결되어 있다 .

- 이 key 를 눌렀을 때 interrupt 를 발생하고 service routine 이 실행되게

한다 .

- 서비스 루틴에 의해 넘어온 인자값을 가지고 키입력에 따른 명령을 드라이버에 전달하여 LED 가 동작 하도록 한다 .


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Driver start Application start

module_init()

key_init()

Key_read() read()

open()

Interruptible_sleep_on()

key_handler()

wakeup_interruptible()

key_read() 함수 call

waiting key interrupt

waiting read() blocking

read() waking


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우리가 다룰 Register Definition(1)


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GFER 을 통하여 GPIO falling edge 일때 검출 설정 GAFR 을 통하여 alternate function 설정 GPDR 을 통하여 GPIO 입출력 방향 설정 request_irq() 함수로 interrupt 등록 set_irq_type() 함수로 interrupt 검출 설정


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LED 제어용 device driver – application coding(1)

…..#define IRQ_KEY1 IRQ_GPIO(36)#define IRQ_KEY2 IRQ_GPIO(37)….#define GPIO_KEY_READ 0x1000 //IOCTL 매직번호…..char key_buf;…..DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(key_queue);


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static int gpio_test_init(void){ int result, ret; …..

if ((ret = request_irq(IRQ_KEY1, &key_interrupt SA_INTERRUPT, "GPIO36_KEY1", NULL))),

{ printk("failed to register IRQ KEY1\n"); return ret;}

......

set_irq_type(IRQ_KEY1, IRQT_FALLING); // 2.6 Kernel….GFER1 |= (GPIO_bit(36) | GPIO_bit(37)); // falling edge

falling edge 일때 인터럽트 검출하도록

설정


Interrupt 를 등록하는 함수 . Int request_irq(unsingned int irq_number, void (*handler)(int,struct pt_regs

*), unsigned long irqflags, const char *devicename, void *dev_id);Key_handler 는 interrupt 가 걸렸을때 처리하는 함수 , 등록이 성공하면

# cat /proc/interrupts 명령으로 interrupt 가 등록되어 있는 것을 확인

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static irqreturn_t key_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs){DUMMY_DELAY;if((GEDR1 & GPIO_bit(36))) {

key_buf = 1;}if((GEDR1 & GPIO_bit(37))) {

key_buf = 2;}

wake_up_interruptible(&key_queue);return IRQ_HANDLED;}


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LED 제어용 device driver – application coding(4)int gpio_test_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg){

int data = 0;int ret = 0; /*You can add any ioctl command*/switch (cmd) {

case GPIO_KEY_READ: copy_to_user((void *)arg, &key_buf,sizeof(key_buf)); key_buf = 0;

return 0;case GPIO_LED1_ON_OFF:

copy_from_user(&data, (void *)arg, sizeof(data));if( data == 1)GPSR1 = GPIO_LED1; //GPIO 35 SET LED OFFelseGPCR1 = GPIO_LED1; //GPIO 35 CLEAR LED ON

return 0;case GPIO_LED2_ON_OFF:

copy_from_user(&data, (void *)arg, sizeof(data));if( data == 1)GPSR1 = GPIO_LED2; //GPIO 41 SET LED OFFelseGPCR1 = GPIO_LED2; //GPIO 41 CLEAR LED ON

return 0;default: return -EINVAL; }


사용자 프로그램에서 값을 받아 온다 .

사용자 프로그램으로 값을 넘긴다 .

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application 만들기

static char gpio_testDev[] = "/dev/GPIO_TEST";#define GPIO_KEY_READ 0x1000 #define GPIO_LED1_ON_OFF 0x2000#define GPIO_LED2_ON_OFF 0x2100int ON = 0;int OFF = 1;


IOCTL 매직 번호

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int main(){int dev;char buf;if((dev = open(gpio_testDev, O_RDWR )) < 0){ perror("open faile /dev/GPIO_TEST\n"); exit(-1);}while(1){

read(dev , &buf, sizeof(buf)); // Key READprintf("KEY %d PUSH \n",buf);

switch(buf){case 1:{ ioctl(dev, GPIO_LED1_ON_OFF, &ON);


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MakefileCC := /opt/iwmmxt-1.0.0/bin/arm-linux-gccKDIR := /PXA270/kernel/linux-2.6.11-h270-tku_v1.1TEST_TARGET = testTEST_OBJS = $(TEST_TARGET).oTEST_SRCS = test.cobj-m := gpio_test.obuild: $(TEST_TARGET)

make -C $(KDIR) SUBDIRS=`pwd` modules$(TEST_TARGET): $(TEST_OBJS)$(CC) -o $@ $(TEST_OBJS)

clean:rm -rf *.0 *.ko *.mod.crm -f $(TEST_TARGET)


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이후 과정은 앞장에서 배운 디바이스 드라이버 과정을 참조하여 결과를 확인한다 .

개략적인 과정은 host 에서 위의 3파일을 make 를 이용하여 컴파일한 후 드라이버와 응용프로그램을 target 으로 전송한다 .

#insmod gpio_test.ko 를 디바이스 등록과 함께 irq 등록을 한다 .

#mknod 로 해당 디바이스 노드를 생성한다 .

응용프로그램을 실행한 후 key 를 눌려보면서 결과를 확인한다 .


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10.3 FND 어드레스 디코딩 회로 설명

개요 7 세그먼트라고도 하고 숫자나 간단한 기호 표현에 많이 이용 . 7-segment LED는 A-G 의 7개의 LED와 소수점 표시를 한

DP (Decimal Point)의 LED 1개로 구성된다 . 각 LED는 표시되는 문자의 일부분을 구성하므로 각각을 세그먼트 (segment : 부분 , 구분 )라 부른다 .

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FND 디바이스 물리 주소 영역

nCS4번 영역인 0x1000_0000 ~ 0x13FF_FFFF 사이에 FND 존재

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IEB 보드 어드레스 디코딩 회로

CS4 에 의해 어드레스 디코딩과 버퍼의 역할을 하는 FPGA 칩이 활성화

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FND 어드레스 FND 물리주소 (접근번지 ) 는 0x1100_0000 ~ 0x1170_0000 영역에 8개가 할당 되어있는데 adress table 을 구성해서 보면 최상위 6bit(A31~26)가 CS4해당하고 , 나머지 26bit 중 최상위 6bit(A25~20) 가 실질적인 어드레스 디코딩을 위해 사용되고 있다 .

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FND 어드레스 디코딩 회로 구성

FND 의 물리주소 FND_CS0 ~ FND_CS7 가 주어지면 CS4 에 의해 FPGA 가

선택되고 FPGA 내부에 있는 어드레드 디코딩 논리 회로에 의해 활성화

신호가 발생하고 해당 FND 에 D-플리플롭에 상승엣지가 공급되어 FND 에

연결된 데이타버스 하위 8 비트가 FND 에 전달되어 FND 의 불을 켜게 된다 .

data[31..0]

D-플리플롭

D-플리플롭

D-플리플롭

D-플리플롭

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FND 제어 방법 (해당 비트에 데이터를 보냄 )

FND

3 : FND_CS = (0x01 << 2)5 : FND_CS = (0x01 << 4)

4 : FND_CS = (0x01 << 3)

6 : FND_CS = (0x01 << 5)

7 : FND_CS = (0x01 << 6)

1 : FND_CS = (0x01 << 0)

2 : FND_CS = (0x01 << 1)

8 : FND_CS = (0x01 << 7)

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가상주소 맵핑

MMU 를 사용하는 리눅스에서는 물리주소를 가지고 디바이스에 접근하면 페이지 폴트가 발생한다 . 따라서 커널이 사용하는 가상주소를 할당받아 야 한다 .

ioremap 함수는 해당하는 디바이스를 위해 메모리 상에 일정영역을 커널이 관리하는 가상주소를 맵핑하여 준다 .

따라서 FND 에 해당하는 가상주소로 ioremap 함수를 이용하여 FND 를 위한

가상주소를 얻어와야 한다 .

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소스 설명 Makefile fnd.c : lcd 디바이스 드라이버 소스이다 . fnd.ko : lcd 디바이스 드라이버를 컴파일하면 생성되는 object

파일이다 . fnd_test.c : lcd 디바이스 드라이버를 테스트하는 어플리케이션

소스이다 .

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FND 드라이버 소스 설명 (fnd.c)#define FPGA_FND_CS0 (0x11000000) //FND 물리주소#define FPGA_FND_CS1 (0x11100000)#define FPGA_FND_CS2 (0x11200000)#define FPGA_FND_CS3 (0x11300000)#define FPGA_FND_CS4 (0x11400000)#define FPGA_FND_CS5 (0x11500000)#define FPGA_FND_CS6 (0x11600000)#define FPGA_FND_CS7 (0x11700000)

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FND 드라이버 소스 설명 (fnd.c)

mem_addr_fnd0 = FPGA_FND_CS0;

……mem_len = 0x1000;…..static int fnd_init(void){mem_fnd_cs0 = ioremap_nocache ( mem_addr_fnd0, mem_len); // 가상주소 얻기 if( !mem_fnd_cs0) { printk("Error mapping fnd0 memery"); return -EBUSY; }…….static void fnd_exit(void){

fnd_clear();unregister_chrdev(FND_MAJOR, FND_NAME);iounmap(mem_fnd_cs0);

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FND 응용프로그램 소스 설명 (fnd_test.c)

unsigned char asc_to_fnd(int n){unsigned char c;

switch (n) { /* 여러가지 문자를 추가할수 있다 */case 0: c = 0x3f; break;case 1: c = 0x06; break;case 2: c = 0x5b; break;case 3: c = 0x4f; break;case 4: c = 0x66; break;case 5: c = 0x6d; break;case 6: c = 0x7d; break;case 7: c = 0x07; break; ….. }

return c;}

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FND 응용프로그램 소스 설명 (fnd_test.c)

main(int ac, char *av[]){int n, count, dev;unsigned char buf[MAXFND+1];dev = open( fnd_dev, O_RDWR);if (dev < 0) {fprintf(stderr, "cannot open FND (%d)", dev);exit(2); }memset(buf, 0, sizeof(buf));for (n = 0 ; n <= 9; n++) {

for( count = 0 ; count < MAXFND; count++){buf[count]= asc_to_fnd(n);}write(dev, buf,MAXFND);

usleep(500000); }}

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Makefile 설명

CC := /opt/iwmmxt-1.0.0/bin/arm-linux-gccKDIR := /PXA270/kernel/linux-2.6.11-h270-tku_v1.1TEST_TARGET = fnd_testTEST_OBJS = fnd_test.oTEST_SRCS = fnd_test.c obj-m := fnd.obuild: $(TEST_TARGET) make -C $(KDIR) SUBDIRS=`pwd` modules$(TEST_TARGET) : $(TEST_OBJS)

$(CC) -o $@ $(TEST_OBJS)clean: rm -rf *.o *.ko *.mod.c

rm -f $(TEST_TARGET)

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실행방법 이미 타겟보드에 fnd 의 드라이버가 올라가 있으므로 rmmod 로 제거한 후 자신이 만든 fnd 드라이버를 올리고 실행시켜보자 .

(host)

# make clean# make

다운로드 : fnd.ko, fnd_test

실행 hybus~>#./fnd_test”

제 10 장 디바이스 드라이버

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