Marvell-Linux研究—mfp.c/.h源代码分析
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作者联系方式：李先静 <xianjimli at hotmail dot com>
更新时间：2007-7-9
Multi-Function Pin是PXA3xx中的一个新概念，它可以让一个Pin具有多个功能，达到复用的效果，从而减少PIN的个数。比如说，一个Pin可以作为GPIO，可以作为时钟信号，也可以作为地址线或者数据线，完全根据软件配置决定它的实际用途。
虽然同一个Pin可以用作多种不同的用途，但在任意时刻只有一种用途，这是很容易理解的，否则就会乱套了。但是在不同时刻，它能否根据需要动态切换Pin的功能呢？我想从理论是可行的，但对硬件设计可能有特别的要求，才能保证不会互相冲突。我在代码中没有看到这种用法，不知道实际中是否有人这样用呢。同一个Pin具有相同的配置，但是用于不同设备倒是正常的，像数据线和地址线就属此类。
下面我们来看看代码：
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21 struct mhn_pin_config {
22 mfp_pin_t mfp_pin;
23 unsigned int reserved:16;
24 unsigned int af_sel:3;
25 unsigned int edge_rise_en:1;
26 unsigned int edge_fall_en:1;
27 unsigned int edge_clear:1;
28 unsigned int sleep_oe_n:1;
29 unsigned int sleep_data:1;
30 unsigned int sleep_sel:1;
31 unsigned int drive:3;
32 unsigned int pulldown_en:1;
33 unsigned int pullup_en:1;
34 unsigned int pull_sel:1;
35 };
(mfp.h)
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这个结构用于描述MFP的配置，它与MFPRx寄存器中的位域基本上一一对应，这里我们简单说明一下：
mfp_pin 是MFP的ID，用宏MFP_REG以mfp_pin为参数，可以计算出mfp_pin的MFPR寄存器地址。
af_sel 其中af代表alternate function，用于选择实际的功能，它最多有八种可能的选择，可参照《PXA300 and PXA310 Developers Manual 1》的4.3/4.4节。
edge_rise_en/ edge_fall_en/ edge_clear 用于控制上升沿/下降沿中断的禁用或启用。我有点疑惑的是，如果该Pin配置为GPIO，而GPIO有自己的上升沿/下降沿配置，两者是否冲突呢？
sleep_oe_n 在低功耗模式 (low power mode)下，它决定Pin作为输入还是输出， 1表示输入，0表示输出。
sleep_data在低功耗模式 (low power mode)下，如果作为输出，它决定输出高电平还是低电平。
sleep_sel 控制在正模式和低功耗模式之间切换时的行为。可以参考《PXA300 and PXA310 Developers Manual 1》的表4.8。
drive 控制Pin的驱动能力，可以在1mA到10mA之间调整，另外可以调整slew rate，slew rate决定电平翻转的速度。
pulldown_en/ pullup_en 是否启用内部下/上拉电阻，只有作为Input Pin时才有用。我们知道下/上拉电阻的主要目的就是防止Pin悬空，悬空的Pin可以看作一个天线，它容易受外界干扰，造成Pin值的不确实性。下/上拉电阻能够给Input Pin一个默认的输入值，下拉电阻接地，默认输入低电平，上拉电阻接电源，默认输入高电平。当真正有外接输入时，它们自动无效，同时避免短路，起到限流作用。
pull_sel 用于决定pulldown_en/ pullup_en的有效性，在低功耗模式下，pull_sel的实际值不改变，但有效值相当于1。也就是说在低功耗模式下，pulldown_en/ pullup_en的值始终决定默认输入，这可以防止干扰信号唤醒CPU。
在《PXA300 and PXA310 Developers Manual 1》的表4.6中，对pulldown_en/ pullup_en的描述是自相矛盾的，比如对pullup_en的描述，前面说，1 = The internal pullup resistor of the pad is enabled，后面又说，The resistor is only enabled if PULL_SEL=1(or is effectively 1) and if PULLUP_EN is 0。前者说1启用内部上拉电阻，后者又说0启用内部上拉电阻，我想前者是对的后者是错的。
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113 #define MHN_MFP_CFG(desc, pin, af, drv, rdh, lpm, edge) /
114 { /
115 .mfp_pin = pin, /
116 .af_sel = af, /
117 .reserved = 0, /
118 .drive = drv, /
119 .sleep_sel = rdh, /
120 .sleep_oe_n = ((lpm) & 0x1), /
121 .sleep_data = (((lpm) & 0x2) >>1), /
122 .pullup_en = (((lpm) & 0x4) >>2), /
123 .pulldown_en = (((lpm) & 0x8) >>3), /
124 .pull_sel = (((lpm) & 0x10) >>4), /
125 .edge_clear = (!(edge)), /
126 .edge_fall_en = ((edge) & 0x1), /
127 .edge_rise_en = (((edge) & 0x2) >>1), /
128 }
(mfp.h)
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MHN_MFP_CFG的功能很简单，但是很常用，它简化了MFP配置的初始化。
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145 #define PIN2REG(pin_config) /
146 (pin_config->af_sel << MFPR_ALT_OFFSET) | /
147 (pin_config->edge_rise_en << MFPR_ERE_OFFSET ) |/
148 (pin_config->edge_fall_en << MFPR_EFE_OFFSET ) |/
149 (pin_config->edge_clear << MFPR_EC_OFFSET ) | /
150 (pin_config->sleep_oe_n << MFPR_SON_OFFSET ) | /
151 (pin_config->sleep_data << MFPR_SD_OFFSET ) | /
152 (pin_config->sleep_sel << MFPR_SS_OFFSET ) | /
153 (pin_config->drive << MFPR_DRV_OFFSET ) | /
154 (pin_config->pulldown_en << MFPR_PD_OFFSET ) | /
155 (pin_config->pullup_en << MFPR_PU_OFFSET ) | /
156 (pin_config->pull_sel << MFPR_PS_OFFSET );
(mfp.h)
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这个宏也很常用，它把mhn_pin_config结构转换成MFPR寄存器的格式，这样就可以直接写入MFPR寄存器了。
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44 int mhn_mfp_set_config(struct mhn_pin_config *pin_config)
45 {
46 unsigned long flags;
47 mfp_pin_t mfp_pin;
48 uint32_t mfp_reg;
49
50 spin_lock_irqsave(&mfp_spin_lock, flags);
51
52 mfp_pin = pin_config->mfp_pin;
53 mfp_reg = PIN2REG(pin_config);
54
55 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
56 if (IS_GPIO_EXP_PIN(mfp_pin)){
57 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
58 return 0;
59 }
60 #endif
61
62 #ifdef CONFIG_MFP_DEBUG
63 if ((pin_config == NULL) ||
64 (MFP_OFFSET(mfp_pin) > MHN_MAX_MFP_OFFSET) ||
65 (MFP_OFFSET(mfp_pin) < MHN_MIN_MFP_OFFSET)) {
66 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
67 return -1;
68 }
69 #endif
70
71 MFP_REG(mfp_pin) = mfp_reg;
72 mfp_reg = MFP_REG(mfp_pin); /* read back */
73
74 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
75
76 return 0;
77 }
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该函数让配置生效，它先用PIN2REG把配置转换成寄存器的格式，然后用MFP_REG得到Pin对应的寄存器，并把值写入寄存器，最后为了确保写入操作完成，再把寄存器的值读回来。通过回读的方式确保写操作完成，在多级流水线的CPU中是常用的手法。
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120 int mhn_mfp_set_afds(mfp_pin_t pin, int af, int ds)
121 {
122 unsigned long flags;
123 uint32_t mfp_reg;
124
125 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
126 if (IS_GPIO_EXP_PIN(pin))
127 return 0;
128 #endif
129
130 #ifdef CONFIG_MFP_DEBUG
131 if ((MFP_OFFSET(pin) > MHN_MAX_MFP_OFFSET) ||
132 (MFP_OFFSET(pin) < MHN_MIN_MFP_OFFSET))
133 return -1;
134 #endif
135
136 spin_lock_irqsave(&mfp_spin_lock, flags);
137
138 mfp_reg = MFP_REG(pin);
139 mfp_reg &= ~(MFP_AF_MASK | MFP_DRV_MASK);
140 mfp_reg |= (((af & 0x7) << MFPR_ALT_OFFSET) |
141 ((ds & 0x7) << MFPR_DRV_OFFSET));
142 MFP_REG(pin) = mfp_reg;
143 mfp_reg = MFP_REG(pin);
144
145 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
146
147 return 0;
148 }
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这里只要明白AF代表Alternate Function，而ds代表drive strength，就明白这个函数的功能了，它就是用来设置Pin的可选功能和驱动能力的。其实现与mhn_mfp_set_config类似，但它只修改部分设置，所以要先读取原来的设置，修改它并写回去，最后再读回来以确认设置完成。
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150 int mhn_mfp_set_rdh(mfp_pin_t pin, int rdh)
151 {
152 unsigned long flags;
153 uint32_t mfp_reg;
154
155 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
156 if (IS_GPIO_EXP_PIN(pin))
157 return 0;
158 #endif
159
160 #ifdef CONFIG_MFP_DEBUG
161 if ((MFP_OFFSET(pin) > MHN_MAX_MFP_OFFSET) ||
162 (MFP_OFFSET(pin) < MHN_MIN_MFP_OFFSET))
163 return -1;
164 #endif
165
166 spin_lock_irqsave(&mfp_spin_lock, flags);
167
168 mfp_reg = MFP_REG(pin);
169 mfp_reg &= ~MFP_RDH_MASK;
170
171 if (likely(rdh))
172 mfp_reg |= (1u << MFPR_SS_OFFSET);
173
174 MFP_REG(pin) = mfp_reg;
175 mfp_reg = MFP_REG(pin);
176
177 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
178
179 return 0;
180 }
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这里其实它并不是修改ASCR[RDH]，而是修改SLEEP_SEL，因为SLEEP_SEL决定ASCR[RDH]的值是否有效，具体方法与前面类似。RDH意义暂时还不完全明白，以后再补充吧。
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182 int mhn_mfp_set_lpm(mfp_pin_t pin, int lpm)
183 {
184 unsigned long flags;
185 uint32_t mfp_reg;
186
187 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
188 if (IS_GPIO_EXP_PIN(pin))
189 return 0;
190 #endif
191
192 #ifdef CONFIG_MFP_DEBUG
193 if ((MFP_OFFSET(pin) > MHN_MAX_MFP_OFFSET) ||
194 (MFP_OFFSET(pin) < MHN_MIN_MFP_OFFSET))
195 return -1;
196 #endif
197 spin_lock_irqsave(&mfp_spin_lock, flags);
198
199 mfp_reg = MFP_REG(pin);
200 mfp_reg &= ~(MFP_LPM_MASK);
201
202 if (lpm & 0x1) mfp_reg |= 1u << MFPR_SON_OFFSET;
203 if (lpm & 0x2) mfp_reg |= 1u << MFPR_SD_OFFSET;
204 if (lpm & 0x4) mfp_reg |= 1u << MFPR_PU_OFFSET;
205 if (lpm & 0x8) mfp_reg |= 1u << MFPR_PD_OFFSET;
206 if (lpm &0x10) mfp_reg |= 1u << MFPR_PS_OFFSET;
207
208 MFP_REG(pin) = mfp_reg;
209 mfp_reg = MFP_REG(pin);
210
211 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
212
213 return 0;
214 }
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这里的lpm代表low power mode，它用来设置低功耗模式下的配置，包括数据方向是输出还是输入，输出的数据和输入的默认值等。
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216 int mhn_mfp_set_edge(mfp_pin_t pin, int edge)
217 {
218 unsigned long flags;
219 uint32_t mfp_reg;
220
221 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
222 if (IS_GPIO_EXP_PIN(pin))
223 return 0;
224 #endif
225
226 #ifdef CONFIG_MFP_DEBUG
227 if ((MFP_OFFSET(pin) > MHN_MAX_MFP_OFFSET) ||
228 (MFP_OFFSET(pin) < MHN_MIN_MFP_OFFSET))
229 return -1;
230 #endif
231 spin_lock_irqsave(&mfp_spin_lock, flags);
232
233 mfp_reg = MFP_REG(pin);
234
235 /* Clear bits - EDGE_CLEAR, EDGE_RISE_EN, EDGE_FALL_EN */
236 mfp_reg &= ~(MFP_EDGE_MASK);
237
238 switch (edge) {
239 case MFP_EDGE_RISE:
240 mfp_reg |= (1u << MFPR_ERE_OFFSET);
241 break;
242 case MFP_EDGE_FALL:
243 mfp_reg |= (1u << MFPR_EFE_OFFSET);
244 break;
245 case MFP_EDGE_BOTH:
246 mfp_reg |= (3u << MFPR_ERE_OFFSET);
247 break;
248 case MFP_EDGE_NONE:
249 mfp_reg |= (1u << MFPR_EC_OFFSET);
250 break;
251 default:
252 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
253 return -EINVAL;
254 }
255
256 MFP_REG(pin) = mfp_reg;
257 mfp_reg = MFP_REG(pin);
258
259 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
260
261 return 0;
262 }
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设置电平切换检查，可以在上升沿检查，可以在下降沿检查，可以两者都检查，或者都不检查，后者设置EDGE_CLEAR位。
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270 int mhn_mfp_set_pull(mfp_pin_t pin, int pull)
271 {
272 unsigned long flags;
273 uint32_t mfp_reg;
274
275 #if defined(CONFIG_MONAHANS_GPIOEX)
276 if (IS_GPIO_EXP_PIN(pin))
277 return 0;
278 #endif
279
280 #ifdef CONFIG_MFP_DEBUG
281 if ((MFP_OFFSET(pin) > MHN_MAX_MFP_OFFSET) ||
282 (MFP_OFFSET(pin) < MHN_MIN_MFP_OFFSET))
283 return -1;
284 #endif
285 spin_lock_irqsave(&mfp_spin_lock, flags);
286
287 mfp_reg = MFP_REG(pin);
288 mfp_reg &= ~MFP_PULL_MASK;
289
290 mfp_reg |= (pull & 0x7u) << MFPR_PD_OFFSET;
291
292 MFP_REG(pin) = mfp_reg;
293 mfp_reg = MFP_REG(pin);
294
295 spin_unlock_irqrestore(&mfp_spin_lock, flags);
296
297 return 0;
298 }
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启用/禁用内部上/下拉电阻，给Input Pin设置默认值。
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300 static struct mfp_regs context;
301 void mhn_mfp_save(void)
302 {
303 int i, offset;
304
305 /* specify the membase */
306 context.membase = (unsigned char *)KSEG0(PADBASE);
307
308 for (i = 0; i < MAX_MFP_PINS; i++) {
309 offset = i << 2;
310 context.mfp[i] = readl(context.membase + offset);
311 }
312 }
313
314 void mhn_mfp_restore(void)
315 {
316 int i, offset;
317
318 /* check the membase */
319 if (context.membase == NULL)
320 return;
321
322 for (i = 0; i < MAX_MFP_PINS; i++) {
323 offset = i << 2;
324 writel(context.mfp[i], context.membase + offset);
325 }
326 }
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保存和恢复MFP的设置，供电源管理在系统Suspend和Resume时调用，因为寄存器是连接的，所以其实现很简单。
~~end~~