基于MPC8308的gpio管脚驱动测试linux2.6内核任务切换延时

1、目的：
为测试linux2.6.29.6内核的任务切换延时，考虑通过同时在后台运行的两个进程test_gpio0和test_gpio1，对指定的gpio管脚分别拉低、拉高，从示波器观察波形变化的宽度来获得两个进程切换的延时。
2、准备

MPC8308 MitxREV2开发板及附带BSP；

MPC8308 PowerQUICC IIPro Processor Reference Manual；

示波器；

3、内核树构建
在此采用开发板附带的ltib开发环境，在目录ltib-mpc8308erdb-20100413/下执行./ltib，构建过程完成后目录rpm/BUILD/linux即为构建完成的内核树目录，其中rpm/BUILD/linux/drivers/即为驱动所在目录。
4、驱动编写
转到目录rpm/BUILD/linux/drivers/下，修改Makefile，在最后一行后面添加：
obj-m += gpio_test/
在当前目录下，新建目录gpio_test/，新建文件gpio_test.c、gpio_test.h、Makefile，其中Makefile内容如下：

ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m := gpio_test.o
else
KDIR := ../.. #指向内核树
PWD := $(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD)
endif

clean:
rm -rf *.ko *.o *.mod.*modules.order

下面开始着手编写gpio_test.c和gpio_test.h。
需要选择一个方便检测的GPIO管脚，在BSP/help/hardware/RDB下查看MPC8308-RDB_Schematics-2.pdf发现，所有GPIO（0～23）只有GPIO9引出到J8插针4，其他的GPIO都没有引出来，选择GPIO9为检测管脚，从J8插针4测量。



GPIO0～GPIO23都是复用的，至于是否已被复用为其他引脚，例如TSEC，现在还不知道。尚未知GPIO9是否被u-boot或者kernel自带驱动（TSEC）复用为TSEC2_RX_ER，需要确定，确定的方法需要访问MPC8308的相关内部寄存器，查看文档MPC8308PowerQUICC
II Pro Processor Reference Manual.pdf（简称mpc8308rm.pdf，此文档在BSP中并没有附带，需要去网上下载)。
要访问内部寄存器，首先要知道immr，mpc8308rm.pdf给出了immr的默认值为0xFF400000，这个值是可以被修改的，考虑到u-boot可能会修改此值，在ltib构建内核树过程中，也会有u-boot的构建，但在/rpm/BUILD下并没有发现u-boot的源文件，观察构建过程输出的信息发现，在u-boot构建完成后脚本就将/rpm/BUILD/u-boot-2009.11-rc1删除了，而要查看u-boot又必须去查看源文件，，需要执行：

./ltib -m prep -p u-boot

这样在/rpm/BUILD/下就会生成u-boot-2009.11-rc1目录，打开/u-boot-2009.11-rc1/include/configs/MPC8308ERDB.h，找到：

/*
* IMMR new address
*/
#defineCONFIG_SYS_IMMR 0xE0000000

即immr被u-boot更改为0xE0000000，那么在驱动中也应采用此值。

static unsigned longimmr_base = 0xE0000000;

寄存器组sysconf的SICRH寄存器（偏移0x00000114）给出了端口复用的相关选项，可通过读取此寄存器的值来查看端口复用情况。在2.4内核中，在内核空间读取内部寄存器的值只需根据immr加上偏移量得到物理地址直接读取即可，而在2.6内核中，直接读取物理地址会提示访问非法地址的出错，需要在初始化中采取ioremap方法将物理地址映射为内存虚拟地址才可操作，而且，在调用ioremap方法之前，还需要调用request_mem_region方法进行内存注册。

sysconf_phy_base =immr_base + sysconf_offset;
if (!request_mem_region( sysconf_phy_base, sysconf_len, "gpio_test")){
debugk(KERN_INFO"gpio_test: can't get I/O mem address 0x%lx\n",
gpio_phy_base);
return -ENODEV;
}
sysconf_virt_base =(ulong) ioremap( sysconf_phy_base, sysconf_len );
在驱动退出时，应释放相应空间。

iounmap((void __iomem*)sysconf_virt_base);
release_mem_region(sysconf_phy_base, sysconf_len);
据此读得SICRH= 0x41955003，对应GPIO_A=01，即GPIO9复用为TSEC，需要改写为GPIO_A=00。

*(volatileulong*)(sysconf_virt_base + sysconf_p_addr.sicrh) = 0x40955003
随后，就可以对GPIO进行编程了，在设置SICRH寄存器后，采用同样的request_mem_region方法和ioremap方法映射GPIO。

gpio_phy_base =immr_base + gpio_offset;
if (!request_mem_region( gpio_phy_base, gpio_len, "gpio_test")){
debugk(KERN_INFO"gpio_test: can't get I/O mem address 0x%lx\n",
gpio_phy_base);
return -ENODEV;
}
gpio_virt_base =(ulong) ioremap( gpio_phy_base, gpio_len );
退出时同样要注销。
iounmap((void __iomem*)gpio_virt_base);
release_mem_region(gpio_phy_base, gpio_len);
代码摘要如下。
io_p_addr_tio_p_addr[io_t_num] = { { 0x00000000, 0x00000004, 0x00000008,0x0000000C, 0x00000010, 0x00000014 }, };

sysconf_p_addr_tsysconf_p_addr = { 0x00000000, 0x00000004, 0x00000008, 0x0000000C,0x00000010, 0x00000014, 0x00000018 };

inline ulong io_pin_mask_32(int pin ) {
return (1 << (31 -pin));
}

void io_p_dir_set(mpc8308_io_t port, int pin, int data )
{
ulong pinmask;

pinmask = io_pin_mask_32(pin );
/**/
if( *((volatile ulong*)(gpio_virt_base + io_p_addr[port].odr)) != 0 )
*((volatile ulong*)(gpio_virt_base + io_p_addr[port].odr)) &= ~pinmask; //清除上拉模式
if( data )
{
*((volatile ulong*)(gpio_virt_base + io_p_addr[port].dir)) |= pinmask; // 1:output,0:input
}
else
{
*((volatile ulong*)(gpio_virt_base + io_p_addr[port].dir)) &= ~pinmask;
}
}

void io_p_dat_out(mpc8308_io_t port, int pin, int data )
{
ulong pinmask;

pinmask = io_pin_mask_32(pin );

if( data )
{
*((volatile ulong*)(gpio_virt_base + io_p_addr[port].dat)) |= pinmask; // 1:highlevel, 0:low level
}
else
{
*((volatile ulong*)(gpio_virt_base + io_p_addr[port].dat)) &= ~pinmask;
}
}

static int io_p_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsignedlong arg )
{
int minor =MINOR(inode->i_rdev);
int data;
ulong pinmask;

if( !gpio_virt_base )
return (-ENODEV);

pinmask = io_pin_mask_32(io_dev[minor].pin );

switch( cmd )
{
case STATUS_IOP_GET:
if( io_dev[minor].dir )
{
data =io_dev[minor].state;
}
else
{
io_dev[minor].state =io_p_dat_in( io_dev[minor].port, io_dev[minor].pin );
data =(io_dev[minor].state == io_dev[minor].mask) ? io_on : io_off;
}
return (copy_to_user((int *)arg, &data, sizeof(int) ));
break;
case STATUS_IOP_SET:
io_dev[minor].state =arg;
if( io_dev[minor].dir )
{
io_p_dat_out(io_dev[minor].port, io_dev[minor].pin, io_dev[minor].state ==io_dev[minor].mask );
}
return (0);
break;
};

return (-EINVAL);
}
5 测量任务切换延时
5.1 调整内核选项Timer Frequency，分别设置为100HZ，250HZ，1000HZ，测量波形从拉高到拉低的延时分别为10ms，4ms，1ms；
5.2 1000HZ情况下，调整内核选项：Ingo Molnar的实时补丁，它支持四种抢占模式：

（1）No Forced Preemption (Server)，这种模式等同于没有使能抢占选项的标准内核，主要适用于科学计算等服务器环境。

测量延时结果为：1ms，波形清晰。

（2）Voluntary Kernel Preemption (Desktop)，这种模式使能了自愿抢占，但仍然失效抢占内核选项，它通过增加抢占点缩减了抢占延迟，因此适用于一些需要较好的响应性的环境，如桌面环境，当然这种好的响应性是以牺牲一些吞吐率为代价的。

测量延时结果为：1ms，波形清晰。

（3）Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop)，这种模式既包含了自愿抢占，又使能了可抢占内核选项，因此有很好的响应延迟，实际上在一定程度上已经达到了软实时性。它主要适用于桌面和一些嵌入式系统，但是吞吐率比模式2更低。

测量延时结果为：平均1ms，最低值和最高值差别不大，波形有个别重叠。

（4）Complete Preemption (Real-Time)，这种模式使能了所有实时功能，因此完全能够满足软实时需求，它适用于延迟要求为100微秒或稍低的实时系统。

测量延时结果为：平均1ms，最低值和最高值差别比较大，波形有很多重叠。