Regmap API 实验

Posted 2023-04-03 嵌入式学习者。

我们在前面学习 I2C 和 SPI 驱动的时候，针对 I2C 和 SPI 设备寄存器的操作都是通过相关的 API 函数进行操作的。这样 Linux 内核中就会充斥着大量的重复、冗余代码，但是这些本质上都是对寄存器的操作，所以为了方便内核开发人员统一访问 I2C/SPI 设备的时候，为此引入
了 Regmap 子系统，本章我们就来学习一下如何使用 RegmapAPI 函数来读写 I2C/SPI 设备寄存器。

一、Regmap API 简介

什么情况下会使用 regmap：
①、硬件寄存器操作，比如选用通过 I2C/SPI 接口来读写设备的内部寄存器，或者需要读写 SOC 内部的硬件寄存器。
②、提高代码复用性和驱动一致性，简化驱动开发过程。
③、减少底层 I/O 操作次数，提高访问效率。

1、Regmap 驱动框架

regmap 框架分为三层：
①、底层物理总线：regmap 就是对不同的物理总线进行封装，目前 regmap 支持的物理总线有 i2c、i3c、spi、mmio、sccb、sdw、slimbus、irq、spmi 和 w1。
②、regmap 核心层，用于实现 regmap，我们不用关心具体实现。
③、regmapAPI 抽象层，regmap 向驱动编写人员提供的 API 接口，驱动编写人员使用这些API 接口来操作具体的芯片设备，也是驱动编写人员重点要掌握的。

2、regmap 结构体

Linux 内 核 将 regmap 框 架 抽 象 为 regmap 结 构 体 ， 这 个 结 构 体 定 义 在 文 件drivers/base/regmap/internal.h 中，结构体内容如下(有缩减)：

struct regmap 
	union 
		struct mutex mutex;
		struct 
			spinlock_t spinlock;
			unsigned long spinlock_flags;
		;
	;
	regmap_lock lock;
	
	......
	
	struct rb_root range_tree;
	void *selector_work_buf; /* Scratch buffer used for selector */
;

要使用 regmap，肯定要先给驱动分配一个具体的 regmap 结构体实例，regmap 的初始化通过结构体 regmap_config 来完成。

3、regmap_config 结构体

顾名思义，regmap_config 结构体就是用来初始化 regmap 的，这个结构体也定义在include/linux/regmap.h 文件中，结构体内容如下：

struct regmap_config 
	const char *name;
	reg_bits;			//寄存器地址位数，必填字段。
	int reg_stride;
	int pad_bits;
	int val_bits;			//寄存器值位数，必填字段
	
	bool (*writeable_reg)(struct device *dev, unsigned int reg);

	........
	
	unsigned int num_ranges;
;	

4、Regmap 操作函数

4.1、Regmap 申请与初始化

前面说了，regmap 支持多种物理总线，比如 I2C 和 SPI，我们需要根据所使用的接口来选择合适的 regmap 初始化函数。Linux 内核提供了针对不同接口的 regmap 初始化函数，SPI 接口初始化函数为 regmap_init_spi，函数原型如下：

struct regmap * regmap_init_spi(struct spi_device *spi,const struct regmap_config *config)

函数参数和返回值含义如下：
spi：需要使用 regmap 的 spi_device。
config：regmap_config 结构体，需要程序编写人员初始化一个 regmap_config 实例，然后将其地址赋值给此参数。
返回值：申请到的并进过初始化的 regmap。

I2C 接口的 regmap 初始化函数为 regmap_init_i2c，函数原型如下：

struct regmap * regmap_init_i2c(struct i2c_client *i2c,const struct regmap_config *config)

函数参数和返回值含义如下：
i2c：需要使用 regmap 的 i2c_client。
config：regmap_config 结构体，需要程序编写人员初始化一个 regmap_config 实例，然后将其地址赋值给此参数。
返回值：申请到的并进过初始化的 regmap。

在退出驱动的时候需要释放掉申请到的 regmap，不管是什么接口，全部使用 regmap_exit 这个函数来释放 regmap，函数原型如下：

void regmap_exit(struct regmap *map)

函数参数和返回值含义如下：
map：需要释放的 regmap
返回值：无。

我们一般会在 probe 函数中初始化 regmap_config，然后申请并初始化 regmap。

4.2、regmap 设备访问 API 函数

不管是 I2C 还是 SPI 等接口，还是 SOC 内部的寄存器，对于寄存器的操作就两种：读和写。regmap 提供了最核心的两个读写操作：regmap_read 和 regmap_write。这两个函数分别用来读/写寄存器，regmap_read 函数原型如下：

int regmap_read(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int *val)

函数参数和返回值含义如下：
map：要操作的 regmap。
reg：要读的寄存器。
val：读到的寄存器值。
返回值：0，读取成功；其他值，读取失败。
regmap_write 函数原型如下：

int regmap_write(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int val)

函数参数和返回值含义如下：
map：要操作的 regmap。
reg：要写的寄存器。
val：要写的寄存器值。
返回值：0，写成功；其他值，写失败。

在 regmap_read 和 regmap_write 的基础上还衍生出了其他一些 regmap 的 API 函数，首先是regmap_update_bits 函数，看名字就知道，此函数用来修改寄存器指定的 bit，函数原型如下：

int regmap_update_bits (struct regmap *map, unsigned int reg,unsigned int mask, unsigned int val)

函数参数和返回值含义如下：
map：要操作的 regmap。
reg：要操作的寄存器。
mask：掩码，需要更新的位必须在掩码中设置为 1。
val：需要更新的位值。
返回值：0，写成功；其他值，写失败。
比如要将寄存器的 bit1 和 bit2 置 1，那么 mask 应该设置为 0X00000011，此时 val 的 bit1和 bit2 应该设置为 1，也就是 0Xxxxxxx11。如果要清除寄存器的 bit4 和 bit7，那么 mask 应该设置为 0X10010000，val 的 bit4 和 bit7 设置为 0，也就是 0X0xx0xxxx。

接下来看一下 regmap_bulk_read 函数，此函数用于读取多个寄存器的值，函数原型如下：

int regmap_bulk_read(struct regmap *map, unsigned int reg, void *val,size_t val_count)

函数参数和返回值含义如下：
map：要操作的 regmap。
reg：要读取的第一个寄存器。
val：读取到的数据缓冲区。
val_count：要读取的寄存器数量。
返回值：0，写成功；其他值，读失败。

另外也有多个寄存器写函数 regmap_bulk_write，函数原型如下：

int regmap_bulk_write(struct regmap *map, unsigned int reg, const void *val,size_t val_count)

函数参数和返回值含义如下：
map：要操作的 regmap。
reg：要写的第一个寄存器。
val：要写的寄存器数据缓冲区。
val_count：要写的寄存器数量。
返回值：0，写成功；其他值，读失败。

5、regmap_config 掩码设置

结构体 regmap_config 里面有三个关于掩码的成员变量：read_flag_mask 和 write_flag_mask，这二个掩码非常重要，本节我们来学习一下如何使用这三个掩码。我们在学习 icm20608 的时候讲过了，icm20608 支持 i2c 和 spi 接口，但是当使用 spi 接口的时候，读取 icm20608 寄存器的时候地址最高位必须置 1，写内部寄存器的是时候地址最高位要设置为 0。在初始化 regmap_config的时候直接将 read_flag_mask 设置为 0X80 即可，这样通过 regmap 读取 SPI 内部寄存器的时候就会将寄存器地址与 read_flag_mask 进行或运算，结果就是将 bit7 置 1，但是整个过程不需要我们来操作，全部由 regmap 框架来完成的。同理 write_flag_mask 用法也一样的，只是 write_flag_mask 用于写寄存器操作。

打开 regmap-spi.c 文件，这个文件就是 regmap 的 spi 总线文件，找到如下所示内容：

static struct regmap_bus regmap_spi = 			//初始化了一个 regmap_bus 实例
	.write = regmap_spi_write,
	.gather_write = regmap_spi_gather_write,
	.async_write = regmap_spi_async_write,
	.async_alloc = regmap_spi_async_alloc,
	.read = regmap_spi_read,
	.read_flag_mask = 0x80,	//这里是将 regmap_bus 的 read_flag_mask 成员变量设置为0X80
	.reg_format_endian_default = REGMAP_ENDIAN_BIG,
	.val_format_endian_default = REGMAP_ENDIAN_BIG,
;
......
struct regmap *regmap_init_spi(struct spi_device *spi,const struct regmap_config *config)

	return regmap_init(&spi->dev, &regmap_spi, &spi->dev, config);

在 regmap_init 函数中找到如下所示内容：

if (config->read_flag_mask || config->write_flag_mask) 

	map->read_flag_mask = config->read_flag_mask;			//用 regmap_config 中的读写掩码来初始化 regmap_bus 中的掩码
	map->write_flag_mask = config->write_flag_mask;
 
else if (bus)

	map->read_flag_mask = bus->read_flag_mask;

二、实验程序编写

1、修改设备结构体，添加 regmap 和 regmap_config

	struct icm20608_dev 
	struct spi_device *spi; /* spi 设备 */
	dev_t devid; /* 设备号 */
	
		.....
		
	signed int temp_adc; /* 温度原始值 */
	struct regmap *regmap; 
	struct regmap_config regmap_config;
;

2、初始化 regmap

一般在 probe 函数中初始化 regmap，本章节就是 icm20608_probe 函数，初始化内容如下:

static int icm20608_probe(struct spi_device *spi)

		....
	/* 初始化 regmap_config 设置 */
	icm20608dev->regmap_config.reg_bits = 8; /* 寄存器长度 8bit */
	icm20608dev->regmap_config.val_bits = 8; /* 值长度 8bit */
	icm20608dev->regmap_config.read_flag_mask = 0x80; /* 读掩码 */
	
	/* 初始化 IIC 接口的 regmap */
	icm20608dev->regmap = regmap_init_spi(spi,&icm20608dev->regmap_config);
	if (IS_ERR(icm20608dev->regmap)) 
	
		return PTR_ERR(icm20608dev->regmap);
		
	
	......
	
	regmap_exit(icm20608dev->regmap);
	return -EIO;

	

同理，在 remove 函数中就要删除 probe 里面申请的 regmap，icm20608_remove 函数内容如下：

 static int icm20608_remove(struct spi_device *spi)

	struct icm20608_dev *icm20608dev = spi_get_drvdata(spi);
	
	......
	/* 4、注销类 */
	class_destroy(icm20608dev->class);
	/* 5、删除 regmap */
	regmap_exit(icm20608dev->regmap);
	return 0;

3、读写设备内部寄存器

static unsigned char icm20608_read_onereg(struct icm20608_dev *dev,u8 reg)

	u8 ret;
	unsigned int data;
	
	ret = regmap_read(dev->regmap, reg, &data);
	return (u8)data;


static void icm20608_write_onereg(struct icm20608_dev *dev, u8 reg,u8 value)

	regmap_write(dev->regmap, reg, value);


void icm20608_readdata(struct icm20608_dev *dev)

	u8 ret;
	unsigned char data[14];

	ret = regmap_bulk_read(dev->regmap, ICM20_ACCEL_XOUT_H, data,14);
	
	dev->accel_x_adc = (signed short)((data[0] << 8) | data[1]);
	dev->accel_y_adc = (signed short)((data[2] << 8) | data[3]);
	dev->accel_z_adc = (signed short)((data[4] << 8) | data[5]);
	dev->temp_adc = (signed short)((data[6] << 8) | data[7]);
	dev->gyro_x_adc = (signed short)((data[8] << 8) | data[9]);
	 
	dev->gyro_y_adc = (signed short)((data[10] << 8) | data[11]);
	dev->gyro_z_adc = (signed short)((data[12] << 8) | data[13]);

RK3399平台开发系列讲解（Regmap子系统）4.51Regmap子系统

平台	内核版本	安卓版本
RK3399	Linux4.4	Android7.1