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@air-gh(Air Air)

Raspberry PiでPPSをGPIOに出力する

Last updated at Posted at 2016-11-15

GPSのPPS入力はやっていたが、カーネルでGPIOにPPSが出力できるだなんて、知らなかった。
ただし、内蔵クロックの精度で。多分。

pps-gen-gpio

pps-gen-gpioというオープンソースがあるのを教えてもらった。知らなかった。
元は、パラレルポートに出力していたものを、Device Treeを参照するように変えたらしい。

Device Tree

BeagleBoneでのDTの書き方

README.meには、BeagleBoneの例が書いてある。
GPIO1_19という端子があり、&gpio1 19 GPIO_ACTIVE_HIGHと書くらしい。
我らがRaspberry Piではどうか。

Raspberry PiでのDTの書き方

まずはRaspberry Pi本家のDT情報。いっぱい書いてあるが、pps-genに使えそうな書き方については、えーと…。Linux本家の情報でも勉強しつつ…。

Raspberry Piのdtsファイル

わからないときは、真似をするのも有効。というわけで、Raspberry Piで今使っているDTSを見る。
bcm2708-rpi-b.dtb, bcm2708-rpi-b-plus.dtb, bcm2708-rpi-cm.dtb, and bcm2709-rpi-2-b.dtbの4つがあるとのことで、確かに

~/git/raspberrypi/linux$ ls -1 arch/arm/boot/dts/bcm270*.dts
arch/arm/boot/dts/bcm2708-rpi-b-plus.dts
arch/arm/boot/dts/bcm2708-rpi-b.dts
arch/arm/boot/dts/bcm2708-rpi-cm.dts
arch/arm/boot/dts/bcm2709-rpi-2-b.dts

あるのだが、いきなり、無い。自分の手元にあるModel A+用のものが。
よく読むと、

Note that Model As and A+s will use the "b" and "b-plus" variants, respectively.

とあるので、b-plusを使えということか。ややこしい。

bcm2708-rpi-b-plus.dtsの内容

gpioで検索すると、

&spi0 {
        pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&spi0_pins &spi0_cs_pins>;
        cs-gpios = <&gpio 8 1>, <&gpio 7 1>;

という記載がある。こちらを見ると、SPI0はGPIO7と8で共用っぽいので、第1引数がGPIOの番号だろう。
それでは、第2引数にある1とは、何だろうか。

他の例を見ると、

&hdmi {
        hpd-gpios = <&gpio 46 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

とあるので、GPIO_ACTIVE_LOWというマクロで書くのがわかりやすそうだ。
他にどんなマクロがあるか探してみると、

include/dt-bindings/gpio/gpio.h
/* Bit 0 express polarity */
# define GPIO_ACTIVE_HIGH 0
# define GPIO_ACTIVE_LOW 1

とあるので、1はGPIO_ACTIVE_LOWか。想像と逆だった。

GPIOの初期状態

こちらの記事によると、GPIOの番号によって初期状態が異なる。
初期状態が0(Low)のGPIOに対して、Active Highに設定すれば、問題ないのではないか(勘)。

dtsへの追記

pps-gen-gpio.txtを見ながら、記載。

/ {
        compatible = "brcm,bcm2708";
        model = "Raspberry Pi Model B+";
        pps-gen {
                compatible = "pps-generator-gpios";
                pps-gen-gpios = <&gpio 18 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
                /* assert-falling-edge; */
        };
};

AssertはRising Edgeにしてみたかったので、コメントに。

dtsのbuild

Raspberry Pi本家のKernel building情報をもとに、

~/git/raspberrypi/linux$ make -j8 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs

とすると、色々出た後、

  DTC     arch/arm/boot/dts/bcm2708-rpi-b-plus.dtb

と出て、dtbが作成される。

dtbのインストール

先ほどのbuild手順の一部をそのまま

~/git/raspberrypi/linux$ sudo mount /dev/sdb1 mnt/fat32
~/git/raspberrypi/linux$ sudo cp arch/arm/boot/dts/*.dtb mnt/fat32/
~/git/raspberrypi/linux$ sudo umount mnt/fat32

起動してDTの確認

またも本家DT情報に、procでの確認方法が書いてある。なんて教育的なんだ(当たり前)。

pi@raspberrypi:~ $ dtc -I fs /proc/device-tree
:
	pps-gen {
		compatible = "pps-generator-gpios";
		pps-gen-gpios = <0xa 0x12 0x0>;
	};

反映されている模様。

再度pps-gen-gpio

ようやくpps-gen-gpioに戻ってきた。これをbuildする。
…が、build通らず。さらに、通してinsmodしても、反応無しだった…。
そこで、2点修正。

devm_gpiod_get()への第3引数の追加

kernel 4.4.30では、引数を3つ取るらしい。

pps_gen_gpio.c
@@ -198,7 +198,7 @@ static int pps_gen_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
                return -ENOMEM;

        /* pps-gen is the function associated with gpio list pps-gen-gpios */
-       devdata->pps_gpio = devm_gpiod_get(dev, "pps-gen");
+       devdata->pps_gpio = devm_gpiod_get(dev, "pps-gen", GPIOD_ASIS); /* from enum gpiod_flags */
        if (IS_ERR(devdata->pps_gpio)) {
                dev_err(dev, "cannot get PPS GPIO %ld\n",
                        PTR_ERR(devdata->pps_gpio));

GPIOD_ASISなら、デフォルトの端子状態から変えないんだろうな(また勘)。
これ以外には、こんなのがあるらしい。

include/linux/gpio/consumer.h
enum gpiod_flags {
        GPIOD_ASIS      = 0,
        GPIOD_IN        = GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_SET,
        GPIOD_OUT_LOW   = GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_SET | GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_OUT,
        GPIOD_OUT_HIGH  = GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_SET | GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_OUT |
                          GPIOD_FLAGS_BIT_DIR_VAL,
};

compatibleがドキュメントと異なる

README.meやpps-gen-gpioによると、

pps-generator-gpios value of ".compatible" property in pps-gen node

とあるが、ドライバのソース上は{ .compatible = "pps-gen-gpios", },となっているように見える。
DTとドライバでcompatibleが異なると、probeが呼ばれず、dmesgしても

[  369.273294] pps_gen_gpio: GPIO PPS signal generator

より先が表示されない気がしたので、ソースをドキュメントに合わせて修正。

pps_gen_gpio.c
@@ -233,7 +233,7 @@ static int pps_gen_gpio_remove(struct platform_device *pdev)
  * when a match is found, the corresponding DT node name is passed
  * backed in pdev->name */
 static const struct of_device_id pps_gen_gpio_dt_ids[] = {
-       { .compatible = "pps-gen-gpios", },
+       { .compatible = "pps-generator-gpios", },
        { /* sentinel */ }
 };
 MODULE_DEVICE_TABLE(of, pps_gen_gpio_dt_ids);

pps-gen-gpioのbuild例

カーネルソースの場所は環境に合わせて下さい。

$ make -C ~/git/raspberrypi/linux ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- M=`pwd` CONFIG_PPS_GENERATOR_GPIO=m

実行

pi@raspberrypi:~ $ sudo insmod pps_gen_gpio.ko

dmesgでこんなログが出てきていれば、きっと動いている。

[  671.795926] pps_gen_gpio: GPIO PPS signal generator
[  671.796269] pps_gen_gpio: found 1 GPIOS defined in DT
[  671.796391] pps_gen_gpio: port write takes 500ns

測定

active_high.png

パルス幅は約28usくらいらしい。

おまけ::Active Low

active_low.png

おお、逆になっている。
あ、DTにassert-falling-edge付けるの忘れたが、edgeはどっちになるんだろ。

自由研究

  • ドリフトとジッタの調査
  • dmesgに出るエラー(?)の内容の調査
  • NTP補正との関係の調査

修正ソース

こちら。

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