CY8C9520A 驅動程式中斷與 PWM 控制

CY8C9520A 是一款根據 I2C 介面的 GPIO 與 PWM 擴充套件晶片，其驅動程式在 Linux 核心中的實作至關重要。本文將探討 CY8C9520A 驅動程式如何處理 GPIO 中斷以及如何組態和控制 PWM 輸出。首先，我們會分析中斷處理函式 cy8c9520a_irq_handler 如何讀取中斷狀態、執行對應的 ISR，以及如何使用中斷遮罩機制。接著，我們會探討 PWM 控制的實作，包含週期、佔空比的設定，以及 PWM 啟用和停用。最後，我們會簡述驅動程式的初始化流程，包含 GPIO 和 PWM 的初始設定，以及相關暫存器的組態。

在裝置驅動程式中處理中斷（Handling Interrupts in Device Drivers）

7.3 CY8C9520A GPIO 擴充套件晶片的中斷處理

CY8C9520A 是一款透過 I2C 介面擴充套件 GPIO 的晶片，它支援中斷功能，能夠在 GPIO 狀態變化時通知處理器。本章節將探討如何在裝置驅動程式中處理 CY8C9520A 的中斷。

中斷處理函式（Interrupt Handler）

中斷處理函式是當 GPIO 發生中斷時被呼叫的函式。在 CY8C9520A 的驅動程式中，中斷處理函式為 cy8c9520a_irq_handler。

static irqreturn_t cy8c9520a_irq_handler(int irq, void *devid)
{
    struct cy8c9520a *cygpio = devid;
    u8 stat[NPORTS], pending;
    unsigned port, gpio, gpio_irq;
    int ret;

    pr_info("the interrupt ISR has been entered\n");

    // 讀取並清除中斷狀態暫存器
    ret = i2c_smbus_read_i2c_block_data(cygpio->client, REG_INTR_STAT_PORT0, NPORTS, stat);
    if (ret < 0) {
        memset(stat, 0, sizeof(stat));
    }

    ret = IRQ_NONE;
    for (port = 0; port < NPORTS; port++) {
        mutex_lock(&cygpio->irq_lock);
        // 檢查哪些 GPIO 發生了中斷並且未被遮罩
        pending = stat[port] & (~cygpio->irq_mask[port]);
        mutex_unlock(&cygpio->irq_lock);

        // 執行對應的 ISR（Interrupt Service Routine）
        while (pending) {
            ret = IRQ_HANDLED;
            // 省略部分程式碼
        }
    }
    return ret;
}

中斷處理流程

1. 讀取中斷狀態暫存器：當中斷發生時，首先讀取 CY8C9520A 的中斷狀態暫存器，以瞭解哪些 GPIO 發生了變化。
2. 檢查未被遮罩的 GPIO：對於每個埠，檢查哪些 GPIO 的中斷未被遮罩，並將結果儲存在 pending 暫存器中。
3. 執行對應的 ISR：對於每個發生中斷且未被遮罩的 GPIO，執行其對應的 ISR。

#### 內容解密：

• cy8c9520a_irq_handler 函式是 CY8C9520A 的中斷處理函式，當 GPIO 發生中斷時被呼叫。
• 該函式首先讀取 CY8C9520A 的中斷狀態暫存器，以瞭解哪些 GPIO 發生了變化。
• 然後，對於每個埠，檢查哪些 GPIO 的中斷未被遮罩，並將結果儲存在 pending 暫存器中。
• 最後，對於每個發生中斷且未被遮罩的 GPIO，執行其對應的 ISR。

中斷相關的 Callback 函式

CY8C9520A 的驅動程式定義了多個與中斷相關的 callback 函式，這些函式用於設定和控制中斷。

中斷遮罩（Mask）和解除遮罩（Unmask）

static void cy8c9520a_irq_mask(struct irq_data *d)
{
    u8 port;
    struct gpio_chip *chip = irq_data_get_irq_chip_data(d);
    struct cy8c9520a *cygpio = gpiochip_get_data(chip);
    unsigned gpio = d->hwirq;

    port = cypress_get_port(gpio);
    dev_info(chip->parent, "cy8c9520a_irq_mask is called\n");
    cygpio->irq_mask[port] |= BIT(cypress_get_offs(gpio, port));
}

static void cy8c9520a_irq_unmask(struct irq_data *d)
{
    u8 port;
    struct gpio_chip *chip = irq_data_get_irq_chip_data(d);
    struct cy8c9520a *cygpio = gpiochip_get_data(chip);
    unsigned gpio = d->hwirq;

    port = cypress_get_port(gpio);
    dev_info(chip->parent, "cy8c9520a_irq_unmask is called\n");
    cygpio->irq_mask[port] &= ~BIT(cypress_get_offs(gpio, port));
}

#### 內容解密：

• cy8c9520a_irq_mask 函式用於遮罩（停用）指定的 GPIO 中斷。
• cy8c9520a_irq_unmask 函式用於解除遮罩（啟用）指定的 GPIO 中斷。
• 這兩個函式透過修改 irq_mask 陣列來實作對中斷的控制。

CY8C9520A 驅動程式中的中斷處理與 PWM 控制實作分析

CY8C9520A 是一款透過 I2C 介面擴充套件 GPIO 及 PWM 功能的晶片，其驅動程式實作涵蓋中斷處理、GPIO 控制及 PWM 訊號組態等功能。本文將探討其驅動程式的關鍵實作細節，包含中斷處理流程、PWM 組態與控制邏輯，以及相關的設計考量。

中斷處理機制實作

CY8C9520A 的中斷處理流程主要由 cy8c9520a_irq_handler 函式負責，該函式作為中斷服務常式（ISR）的主要入口。以下是其核心邏輯的詳細分析：

static irqreturn_t cy8c9520a_irq_handler(int irq, void *data)
{
    struct cy8c9520a *cygpio = data;
    struct i2c_client *client = cygpio->client;
    u8 pending;
    int gpio, gpio_irq, port;
    int ret = IRQ_NONE;

    /* 讀取中斷狀態 */
    ret = i2c_smbus_read_byte_data(client, REG_INTERRUPT_STATUS);
    if (ret < 0) {
        dev_err(&client->dev, "無法讀取中斷狀態\n");
        return IRQ_NONE;
    }
    pending = ret;

    while (pending) {
        /* 取得第一個觸發中斷的 GPIO */
        gpio = __ffs(pending);
        /* 清除對應的 pending 位元 */
        pending &= ~BIT(gpio);
        /* 計算對應的中斷編號 */
        gpio_irq = cy8c9520a_port_offs[port] + gpio;
        /* 呼叫巢狀中斷處理 */
        handle_nested_irq(irq_find_mapping(cygpio->gpio_chip.irq.domain, gpio_irq));
    }
    return IRQ_HANDLED;
}

內容解密：

1. 中斷狀態讀取：透過 i2c_smbus_read_byte_data 讀取中斷狀態暫存器（REG_INTERRUPT_STATUS），判斷是否有待處理的中斷。
2. 迴圈處理中斷源：使用 __ffs 函式找出第一個被設定的位元，即第一個觸發中斷的 GPIO。
3. 清除中斷標記：清除對應的 pending 位元，避免重複處理。
4. 巢狀中斷處理：透過 handle_nested_irq 呼叫對應的 GPIO 子驅動程式 ISR，完成中斷處理流程。

PWM 控制實作

CY8C9520A 的 PWM 控制涵蓋週期、佔空比的組態以及使能/停用控制，主要由以下幾個函式實作：

1. cy8c9520a_pwm_config：設定 PWM 訊號的週期與佔空比（單位為奈秒）。
2. cy8c9520a_pwm_enable：啟用指定的 PWM 輸出。
3. cy8c9520a_pwm_disable：停用指定的 PWM 輸出。

PWM 組態邏輯分析

static int cy8c9520a_pwm_config(struct pwm_chip *chip, struct pwm_device *pwm,
                                int duty_ns, int period_ns)
{
    int period = period_ns / PWM_TCLK_NS;
    int duty = duty_ns / PWM_TCLK_NS;
    struct cy8c9520a *cygpio = container_of(chip, struct cy8c9520a, pwm_chip);
    struct i2c_client *client = cygpio->client;

    /* 檢查週期上限 */
    if (period > PWM_MAX_PERIOD) {
        dev_err(&client->dev, "週期超出範圍 [0-%d]ns\n", PWM_MAX_PERIOD * PWM_TCLK_NS);
        return -EINVAL;
    }

    mutex_lock(&cygpio->lock);
    /* 設定 PWM 編號、週期與佔空比 */
    i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PWM_SELECT, pwm->pwm);
    i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PWM_PERIOD, period);
    i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PWM_PULSE_W, duty);
    mutex_unlock(&cygpio->lock);

    return 0;
}

內容解密：

1. 引數轉換：將奈秒單位的 period_ns 和 duty_ns 轉換為晶片內部時鐘單位。
2. 邊界檢查：檢查 period 是否超出最大允許值，確保組態的有效性。
3. I2C 設定：依序寫入 PWM 編號、週期與佔空比暫存器，完成組態。

初始化流程與暫存器組態

在驅動程式初始化階段，cy8c9520a_setup 函式負責進行必要的硬體組態：

static int cy8c9520a_setup(struct cy8c9520a *cygpio)
{
    int ret, i;
    struct i2c_client *client = cygpio->client;

    /* 停用所有 PWM，設定 GPIO 為輸入模式 */
    for (i = 0; i < NPORTS; i++) {
        i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PORT_SELECT, i);
        i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_SELECT_PWM, 0x00);
        i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PIN_DIR, 0xff);
    }

    /* 快取輸出暫存器狀態 */
    i2c_smbus_read_i2c_block_data(client, REG_OUTPUT_PORT0,
                                  sizeof(cygpio->outreg_cache),
                                  cygpio->outreg_cache);

    /* 設定預設 PWM 時鐘源 */
    for (i = 0; i < NPWM; i++) {
        i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PWM_SELECT, i);
        i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PWM_CLK, PWM_CLK);
    }

    return 0;
}

內容解密：

1. 初始硬體狀態設定：將所有 PWM 停用，並將 GPIO 設定為輸入模式。
2. 輸出暫存器快取：讀取並快取輸出暫存器的初始狀態。
3. PWM 時鐘源組態：為每個 PWM 通道設定預設時鐘源。

中斷處理在裝置驅動程式中的應用

在 Linux 核心中，中斷處理是裝置驅動程式的重要組成部分。對於像 cy8c9520a 這樣的 GPIO 擴充套件晶片，中斷處理機制允許系統有效地處理來自外部裝置的中斷請求。本文將探討 cy8c9520a 驅動程式中的中斷處理實作。

cy8c9520a 中斷設定

cy8c9520a_irq_setup 函式負責設定 cy8c9520a 裝置的中斷處理機制。該函式主要執行以下任務：

1. 清除中斷狀態暫存器：透過讀取三個中斷狀態暫存器（Interrupt Status Port0、Interrupt Status Port1 和 Interrupt Status Port2），將其值儲存在一個虛擬陣列中，以清除中斷狀態。

   ret = i2c_smbus_read_i2c_block_data(client, REG_INTR_STAT_PORT0, NPORTS, dummy);
   if (ret < 0) {
       dev_err(&client->dev, "couldn't clear int status\n");
       goto err;
   }
   

   內容解密：

   • 這段程式碼使用 i2c_smbus_read_i2c_block_data 函式從 cy8c9520a 裝置讀取中斷狀態暫存器的值，並將其儲存在 dummy 陣列中。
   • 如果讀取失敗，則輸出錯誤訊息並跳轉到錯誤處理標籤 err。
   • 這一步驟是必要的，因為它確保了中斷狀態被正確清除，避免了誤觸發的中斷。

2. 初始化中斷遮罩暫存器：設定中斷遮罩暫存器（Interrupt Mask Port Register），以停用所有 GPIO 線路上的中斷。

   memset(cygpio->irq_mask_cache, 0xff, sizeof(cygpio->irq_mask_cache));
   memset(cygpio->irq_mask, 0xff, sizeof(cygpio->irq_mask));
   for (i = 0; i < NPORTS; i++) {
       ret = i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_PORT_SELECT, i);
       if (ret < 0) {
           dev_err(&client->dev, "can't select port %u\n", i);
           goto err;
       }
       ret = i2c_smbus_write_byte_data(client, REG_INTR_MASK, cygpio->irq_mask[i]);
       if (ret < 0) {
           dev_err(&client->dev, "can't write int mask on port %u\n", i);
           goto err;
       }
   }
   

   內容解密：

   • 首先，使用 memset 將 irq_mask_cache 和 irq_mask 陣列初始化為 0xff，表示所有 GPIO 中斷都被遮罩（停用）。
   • 然後，迴圈遍歷每個埠，選擇對應的埠並寫入中斷遮罩暫存器，以停用該埠上的所有 GPIO 中斷。
   • 如果寫入失敗，則輸出錯誤訊息並跳轉到錯誤處理。

3. 請求中斷：使用 devm_request_threaded_irq 函式請求一個執行緒化的中斷處理程式。

   ret = devm_request_threaded_irq(&client->dev, client->irq, NULL,
                                   cy8c9520a_irq_handler,
                                   IRQF_ONESHOT | IRQF_TRIGGER_HIGH,
                                   dev_name(&client->dev), cygpio);
   if (ret) {
       dev_err(&client->dev, "failed to request irq %d\n", cygpio->irq);
       return ret;
   }
   

   內容解密：

   • 該函式請求一個執行緒化的中斷處理程式 cy8c9520a_irq_handler，並設定中斷觸發條件為高電平觸發（IRQF_TRIGGER_HIGH）和一次性觸發（IRQF_ONESHOT）。
   • 如果請求失敗，則輸出錯誤訊息並傳回錯誤碼。

4. 設定巢狀 IRQ 處理器：為 gpio_chip 結構體設定巢狀 IRQ 處理器，以允許子驅動程式請求中斷。

   girq = &cygpio->gpio_chip.irq;
   girq->chip = &cy8c9520a_irq_chip;
   girq->parent_handler = NULL;
   girq->num_parents = 0;
   girq->parents = NULL;
   girq->default_type = IRQ_TYPE_NONE;
   girq->handler = handle_simple_irq;
   girq->threaded = true;
   

   內容解密：

   • 這段程式碼初始化了 gpio_chip 的 IRQ 相關欄位，將 IRQ 處理器設定為 handle_simple_irq，並啟用執行緒化中斷處理。
   • 設定 threaded 為 true 表示使用執行緒化的中斷處理機制，這有助於處理耗時的中斷服務常式。

GPIO 控制器的初始化

cy8c9520a_gpio_init 函式負責初始化 cy8c9520a 的 GPIO 控制器，並將其註冊到核心中。

static void cy8c9520a_gpio_init(struct cy8c9520a *cygpio)
{
    struct gpio_chip *gpiochip = &cygpio->gpio_chip;
    gpiochip->label = cygpio->client->name;
    gpiochip->base = -1;
    gpiochip->ngpio = NGPIO;
    gpiochip->parent = &cygpio->client->dev;
    gpiochip->of_node = gpiochip->parent->of_node;
    gpiochip->can_sleep = true;
    gpiochip->direction_input = cy8c9520a_gpio_direction_input;
    gpiochip->direction_output = cy8c9520a_gpio_direction_output;
    gpiochip->get = cy8c9520a_gpio_get;
    gpiochip->set = cy8c9520a_gpio_set;
    gpiochip->owner = THIS_MODULE;
}

內容解密：

• 初始化 gpio_chip 結構體的各個欄位，包括標籤、GPIO 數量、父裝置節點等。
• 設定 can_sleep 為 true 表示該 GPIO 控制器可以在睡眠模式下操作。
• 指定了 GPIO 操作的相關函式指標，如 direction_input、direction_output、get 和 set。
• 將 owner 設定為 THIS_MODULE 表示該 GPIO 控制器隸屬於當前的模組。