Linux下TI omap芯片 MUX 配置分析（以AM335X芯片为例）

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感谢原作者。

在移植内核的时候，通常会遇到引脚复用（MUX）的配置问题。在现在的Linux内核中，对于TI的ARM芯片，早已经有了比较通用的MUX配置框架。这对于许多TI的芯片都是通用的，这次看AM335X的代码顺手写一下分析，以备后用。

一、硬件

    对于许多TI的芯片来说，引脚复用的配置是在 Control Module（配置模块）的寄存器里配置的，（这个和三星的CPU有点不同，三星的一般在GPIO的寄存器中配置）。所以当你需要配置这些寄存器的时候，请到数据手册的 Control Module的Pad Control Registers查找。

TI的CPU芯片手册有两种：
一种是datasheet（DS：数据手册），较小，只是大概介绍下芯片的结构；
另一种是Technical Reference Manual（TRM:技术参考手册），较大，详细介绍芯片的各部分功能原理和寄存器定义。
在开发过程中，这两个手册都需要参考，是互补的。

对于AM335X，关于引脚复用的列表及模式号与功能的对应可以在数据手册中找到：

2 Terminal Description：

2.2 Ball Characteristics

关于引脚复用寄存器定义及各引脚相应寄存器的偏移可以在TRM中找到：

9 Control Module

9.1 Control Module

9.1.3 Functional Description

9.1.3.2 Pad Control Registers （包含引脚复用寄存器定义）

9.1.5 Registers

9.1.5.1 CONTROL_MODULE Registers （包含引脚相应寄存器的偏移）

二、软件

    由于TI的芯片构架类似，对于Linux内核来说，早就已经为这个做好了一个软件上的框架，无论是在启动的初始化阶段还是在系统运行时，都可以通过这个框架提供的接口函数配置芯片的MUX。下面就来简要的分析一下。

以AM335X为例，相关代码位置：arch/arm/mach-omap2

mux.h
mux.c
mux33xx.h
mux33xx.c
board-am335xevm.c

(还有一些用到了：arch/arm/plat-omap/include/plat/omap_hwmod.h）

其中他们的层次关系是：

（1）重要的数据结构

/**
 * struct mux_partition - 包含分区相关信息
 * @name: 当前分区名
 * @flags: 本分区的特定标志
 * @phys: 物理地址
 * @size: 分区大小
 * @base: ioremap 映射过的虚拟地址
 * @muxmodes: 本分区mux节点链表头
 * @node: 分区链表头
 */
struct omap_mux_partition {
    const char        *name;
    u32            flags;
    u32            phys;
    u32            size;
    void __iomem        *base;
    struct list_head    muxmodes;
    struct list_head    node;
};

    这个数据结构中包含了芯片中几乎所有定义好的mux的数据，它在mux数据初始化函数omap_mux_init中初始化，并添加到全局mux_partitions链表中（通过node成员）。而其中的muxmodes是所有mux信息节点的链表头，用来链接以下数据结构：

/**
 * struct omap_mux_entry - mux信息节点
 * @mux: omap_mux结构体
 * @node: 链表节点
 */
struct omap_mux_entry {
    struct omap_mux        mux;
    struct list_head    node;
};

而在以上数据结构中，struct omap_mux是记录单个mux节点数据的结构体：

/**
 * struct omap_mux - omap mux 寄存器偏移和值的数据
 * @reg_offset:    从Control Module寄存器基地址算起的mux寄存器偏移
 * @gpio:    GPIO 编号
 * @muxnames:    引脚可用的信号模式字符串指针数组
 * @balls:    封装中可用的引脚
 */
struct omap_mux {
    u16    reg_offset;
    u16    gpio;
#ifdef CONFIG_OMAP_MUX
    char    *muxnames[OMAP_MUX_NR_MODES];
#ifdef CONFIG_DEBUG_FS
    char    *balls[OMAP_MUX_NR_SIDES];
#endif
#endif
};

     而struct mux_partition中muxmodes链表及其节点数据的初始化都是在omap_mux_init初始化函数中（omap_mux_init_list(partition, superset);），而struct omap_mux节点数据中信息是由mux33xx.h和mux33xx.c中提供的。你可以在mux33xx.c中看到一个巨大的struct omap_mux结构体数组初始化代码，这个代码一看就明了。不同的芯片只需要根据芯片资料修改这个结构体就好了，但是am33xx的这个结构体（当前）还不完善，gpio的数据还都是0。值得一提的是其中用到了一个宏：

#define _AM33XX_MUXENTRY(M0, g, m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7)        \
{                                    \
    .reg_offset    = (AM33XX_CONTROL_PADCONF_##M0##_OFFSET),    \
    .gpio        = (g),                        \
    .muxnames    = { m0, m1, m2, m3, m4, m5, m6, m7 },        \
}

这个宏使得这个结构体数组的初始化变得清晰明了。

以上的数据结构是在系统初始化的时候使用的，在struct omap_mux_partition完成初始化后，omap_mux_init初始化函数最后会根据不同的板子初始化部分mux寄存器（omap_mux_init_signals(partition, board_mux);），其中牵涉到了以下结构体：

/**
 * struct omap_board_mux - 初始化mux寄存器的数据
 * @reg_offset:    从Control Module寄存器基地址算起的mux寄存器偏移
 * @mux_value:    希望设置的mux寄存器值
 */
struct omap_board_mux {
    u16    reg_offset;
    u16    value;
};

    在最上层的板级初始化文件（board-am335xevm.c）中会定义一个这样的结构体数组，确定所要初始化的引脚复用寄存器，交由omap_mux_init_signals(partition, board_mux);使用。例如：

#ifdef CONFIG_OMAP_MUX
static struct omap_board_mux board_mux[] __initdata = {
    AM33XX_MUX(I2C0_SDA, OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_SLEWCTRL_SLOW |
            AM33XX_INPUT_EN | AM33XX_PIN_OUTPUT),
    AM33XX_MUX(I2C0_SCL, OMAP_MUX_MODE0 | AM33XX_SLEWCTRL_SLOW |
            AM33XX_INPUT_EN | AM33XX_PIN_OUTPUT),
    { .reg_offset = OMAP_MUX_TERMINATOR },
};
#else
#define    board_mux    NULL
#endif

其中用到了一个宏：

/* 如果引脚没有定义为输入，拉动电阻将会被禁用
 * 如果定义为输入，所提供的标志位将确定拉动电阻的配置
 */
#define AM33XX_MUX(mode0, mux_value)                    \
{                                    \
    .reg_offset    = (AM33XX_CONTROL_PADCONF_##mode0##_OFFSET),    \
    .value        = (((mux_value) & AM33XX_INPUT_EN) ? (mux_value)\
                : ((mux_value) | AM33XX_PULL_DISA)),    \
}

注意_AM33XX_MUXENTRY和AM33XX_MUX这两个宏，前者是用于struct omap_mux的；后者是用于struct omap_board_mux的。

（2）重要的接口函数

/**
 * omap_mux_init - MUX初始化的私有函数，请勿使用
 * 由各板级特定的MUX初始化函数调用
 */
int omap_mux_init(const char *name, u32 flags,
         u32 mux_pbase, u32 mux_size,
         struct omap_mux *superset,
         struct omap_mux *package_subset,
         struct omap_board_mux *board_mux,
         struct omap_ball *package_balls);

这个函数是内部用于初始化struct mux_partition的最总要的函数，但是这个函数并不作为接口函数使用，而是供各芯片初始化函数“*_mux_init”所使用的。比如AM33XX芯片：

/**
 * am33xx_mux_init() - 用板级特定的设置来初始化MUX系统
 * @board_mux:        板级特定的MUX配置表
 */
int __init am33xx_mux_init(struct omap_board_mux *board_subset)
{
    return omap_mux_init("core", 0, AM33XX_CONTROL_PADCONF_MUX_PBASE,
            AM33XX_CONTROL_PADCONF_MUX_SIZE, am33xx_muxmodes,
            NULL, board_subset, NULL);
}

    有了已经初始化好的struct mux_partition结构体，我们可以利用mux.h提供的许多函数方便的初始化各mux寄存器：

/**
 * omap_mux_init_signal - 根据信号名字符串初始化一个引脚的mux
 * @muxname:        mode0_name.signal_name的格式的Mux名称
 * @val:        mux寄存器值
 */
int omap_mux_init_signal(const char *muxname, int val);

/**
 * omap_mux_get() - 通过名字返回一个mux分区
 * @name:        mux分区名
 *
 */
struct omap_mux_partition *omap_mux_get(const char *name);

/**
 * omap_mux_read() - 读取mux寄存器（通过分区结构体指针和寄存器偏移值）
 * @partition:        Mux分区
 * @mux_offset:        mux寄存器偏移
 *
 */
u16 omap_mux_read(struct omap_mux_partition *p, u16 mux_offset);

/**
 * omap_mux_write() - 写mux寄存器（通过分区结构体指针和寄存器偏移值）
 * @partition:        Mux分区
 * @val:        新的mux寄存器值
 * @mux_offset:        mux寄存器偏移
 *
 * 这个函数仅有在非GPIO信号的动态复用需要
 */
void omap_mux_write(struct omap_mux_partition *p, u16 val, u16 mux_offset);

/**
 * omap_mux_write_array() - 写mux寄存器阵列
 * @partition:        Mux分区
 * @board_mux:        mux寄存器阵列 （用MAP_MUX_TERMINATOR结尾）
 *
 * 这个函数仅有在非GPIO信号的动态复用需要
 */
void omap_mux_write_array(struct omap_mux_partition *p,
             struct omap_board_mux *board_mux);

在代码比较完备的芯片中，struct omap_mux中的gpio成员有被初始化过，这样就可以使用以下接口函数：

/**
 * omap_mux_init_gpio - 根据GPIO编号初始化一个信号引脚
 * @gpio:        GPIO编号
 * @val:        mux寄存器值
 */
int omap_mux_init_gpio(int gpio, int val);

/**
 * omap_mux_get_gpio() - 根据GPIO编号获取一个mux寄存器值
 * @gpio:        GPIO编号
 *
 */
u16 omap_mux_get_gpio(int gpio);

/**
 * omap_mux_set_gpio() - 根据GPIO编号设定一个mux寄存器值
 * @val:        新的mux寄存器值
 * @gpio:        GPIO编号
 *
 */
void omap_mux_set_gpio(u16 val, int gpio);

     但是am33xx的gpio成员（当前）还都是0，所有这些函数没法使用。

     此外，在mux.h中还导出了其他的软件接口和数据结构，这些在am33xx中没有使用，有需要的时候再看。

     在板级初始化代码（比如board-am335xevm.c）运行完芯片特定的MUX初始化函数（am33xx_mux_init(board_mux);）之后，也可以在各子系统初始化时通过上面的接口函数修改配置MUX，比如在am33xx中使用了自己封装的一个函数和结构体：

/* 模块引脚复用结构体 */
struct pinmux_config {
    const char *string_name; /* 信号名格式化字符串，“模式0字符串.目标模式字符串“ */
    int val; /* 其他mux寄存器可选配置值 */
};

/*
* @pin_mux - 单个模块引脚复用结构体
*            其中定义了本模块所有引脚复用细节.
*/
static void setup_pin_mux(struct pinmux_config *pin_mux)
{
    int i;

    for (i = 0; pin_mux->string_name != NULL; pin_mux++)
        omap_mux_init_signal(pin_mux->string_name, pin_mux->val);

}

你可以在board-am335xevm.c中看到如下的代码：

static struct pinmux_config d_can_ia_pin_mux[] = {
    {"uart0_rxd.d_can0_tx", OMAP_MUX_MODE2 | AM33XX_PULL_ENBL},
    {"uart0_txd.d_can0_rx", OMAP_MUX_MODE2 | AM33XX_PIN_INPUT_PULLUP},
    {NULL, 0},
};

......
static void d_can_init(int evm_id, int profile)
{
    switch (evm_id) {
    case IND_AUT_MTR_EVM:
        if ((profile == PROFILE_0) || (profile == PROFILE_1)) {
            setup_pin_mux(d_can_ia_pin_mux);
            /* Instance Zero */
            am33xx_d_can_init(0);
        }
        break;
    case GEN_PURP_EVM:
        if (profile == PROFILE_1) {
            setup_pin_mux(d_can_gp_pin_mux);
            /* Instance One */
            am33xx_d_can_init(1);
        }
        break;
    default:
        break;
    }
}

三、使用注意

      上面初始化过的结构体和接口函数的定义都是带有"__init"和“__initdata”的，所以这些都只能在内核初始化代码中使用，一旦系统初始化结束并进入了文件系统，这些定义都会被free。所有它们不能在内核模块（.ok）中被调用，否则你就等着Oops吧。因为一个芯片的引脚复用一般是硬件设计的时候定死的，一般不可能在启动后更改。如果你是在要在模块中改变引脚复用配置，你只能通过自己ioremap相关寄存器再修改它们来实现。