Linux 内核设备驱动程序的IO寄存器访问 (下)

合集 - Linux 内核开发(5)

1.Linux ALSA 核心简单分析08-232.Linux 内核设备树时钟绑定08-233.Linux 内核设备驱动程序的IO寄存器访问 (上)08-254.Linux 内核 ASoC DMA 引擎驱动程序08-26

5.Linux 内核设备驱动程序的IO寄存器访问 (下)08-30

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Linux 内核设备驱动程序通过 devm_regmap_init_mmio() 等函数获得 struct regmap 结构对象，该对象包含可用于访问设备寄存器的全部信息，包括定义访问操作如何执行的 bus，定义了各个设备寄存器的读写属性的 config，以及加速设备寄存器访问的 cache。

Linux 内核设备驱动程序可以通过 regmap_write()、regmap_read() 和 regmap_update_bits() 等函数读写设备寄存器，通过 regcache_sync()、regcache_cache_only()、regcache_cache_bypass() 和 regcache_mark_dirty() 等函数操作缓存。

基于 I2C 的 regmap

通过 I2C 访问的设备寄存器，可以使用 regmap 机制来访问。如在 ALC 5651 audio codec 内核设备驱动程序里，在 probe 操作中创建 regmap 对象 (位于 sound/soc/codecs/rt5651.c)：

static const struct regmap_config rt5651_regmap = {
	.reg_bits = 8,
	.val_bits = 16,
	.max_register = RT5651_DEVICE_ID + 1 + (ARRAY_SIZE(rt5651_ranges) *
					       RT5651_PR_SPACING),
	.volatile_reg = rt5651_volatile_register,
	.readable_reg = rt5651_readable_register,
	.cache_type = REGCACHE_RBTREE,
	.reg_defaults = rt5651_reg,
	.num_reg_defaults = ARRAY_SIZE(rt5651_reg),
	.ranges = rt5651_ranges,
	.num_ranges = ARRAY_SIZE(rt5651_ranges),
	.use_single_read = true,
	.use_single_write = true,
};
 . . . . . .
static int rt5651_i2c_probe(struct i2c_client *i2c,
		    const struct i2c_device_id *id)
{
	struct rt5651_priv *rt5651;
	int ret;
	int err;
 
	rt5651 = devm_kzalloc(&i2c->dev, sizeof(*rt5651),
				GFP_KERNEL);
	if (NULL == rt5651)
		return -ENOMEM;
 
	i2c_set_clientdata(i2c, rt5651);
 
	rt5651->regmap = devm_regmap_init_i2c(i2c, &rt5651_regmap);
	if (IS_ERR(rt5651->regmap)) {
		ret = PTR_ERR(rt5651->regmap);
		dev_err(&i2c->dev, "Failed to allocate register map: %d\n",
			ret);
		return ret;
	}
 . . . . . .

之后对设备寄存器的访问方法，同 mmio 的一样。这里创建 regmap 对象的方法为调用 devm_regmap_init_i2c()，这是一个宏，其定义 (位于 include/linux/regmap.h) 如下：

struct regmap *__devm_regmap_init_i2c(struct i2c_client *i2c,
   			      const struct regmap_config *config,
   			      struct lock_class_key *lock_key,
   			      const char *lock_name);
. . . . . .
/**
* devm_regmap_init_i2c() - Initialise managed register map
*
* @i2c: Device that will be interacted with
* @config: Configuration for register map
*
* The return value will be an ERR_PTR() on error or a valid pointer
* to a struct regmap.  The regmap will be automatically freed by the
* device management code.
*/
#define devm_regmap_init_i2c(i2c, config)				\
   __regmap_lockdep_wrapper

这个宏调用了 __devm_regmap_init_i2c() 函数，该函数定义 (位于 drivers/base/regmap/regmap-i2c.c) 如下：

static const struct regmap_bus regmap_smbus_byte = {
	.reg_write = regmap_smbus_byte_reg_write,
	.reg_read = regmap_smbus_byte_reg_read,
};
 . . . . . .
static const struct regmap_bus regmap_smbus_word = {
	.reg_write = regmap_smbus_word_reg_write,
	.reg_read = regmap_smbus_word_reg_read,
};
 . . . . . .
static const struct regmap_bus regmap_smbus_word_swapped = {
	.reg_write = regmap_smbus_word_write_swapped,
	.reg_read = regmap_smbus_word_read_swapped,
};
 . . . . . .
static const struct regmap_bus regmap_i2c = {
	.write = regmap_i2c_write,
	.gather_write = regmap_i2c_gather_write,
	.read = regmap_i2c_read,
	.reg_format_endian_default = REGMAP_ENDIAN_BIG,
	.val_format_endian_default = REGMAP_ENDIAN_BIG,
};
 . . . . . .
static const struct regmap_bus regmap_i2c_smbus_i2c_block = {
	.write = regmap_i2c_smbus_i2c_write,
	.read = regmap_i2c_smbus_i2c_read,
	.max_raw_read = I2C_SMBUS_BLOCK_MAX,
	.max_raw_write = I2C_SMBUS_BLOCK_MAX,
};
 . . . . . .
static const struct regmap_bus regmap_i2c_smbus_i2c_block_reg16 = {
	.write = regmap_i2c_smbus_i2c_write_reg16,
	.read = regmap_i2c_smbus_i2c_read_reg16,
	.max_raw_read = I2C_SMBUS_BLOCK_MAX,
	.max_raw_write = I2C_SMBUS_BLOCK_MAX,
};
 
static const struct regmap_bus *regmap_get_i2c_bus(struct i2c_client *i2c,
					const struct regmap_config *config)
{
	const struct i2c_adapter_quirks *quirks;
	const struct regmap_bus *bus = NULL;
	struct regmap_bus *ret_bus;
	u16 max_read = 0, max_write = 0;
 
	if (i2c_check_functionality(i2c->adapter, I2C_FUNC_I2C))
		bus = ®map_i2c;
	else if (config->val_bits == 8 && config->reg_bits == 8 &&
		 i2c_check_functionality(i2c->adapter,
					 I2C_FUNC_SMBUS_I2C_BLOCK))
		bus = ®map_i2c_smbus_i2c_block;
	else if (config->val_bits == 8 && config->reg_bits == 16 &&
		i2c_check_functionality(i2c->adapter,
					I2C_FUNC_SMBUS_I2C_BLOCK))
		bus = ®map_i2c_smbus_i2c_block_reg16;
	else if (config->val_bits == 16 && config->reg_bits == 8 &&
		 i2c_check_functionality(i2c->adapter,
					 I2C_FUNC_SMBUS_WORD_DATA))
		switch (regmap_get_val_endian(&i2c->dev, NULL, config)) {
		case REGMAP_ENDIAN_LITTLE:
			bus = ®map_smbus_word;
			break;
		case REGMAP_ENDIAN_BIG:
			bus = ®map_smbus_word_swapped;
			break;
		default:		/* everything else is not supported */
			break;
		}
	else if (config->val_bits == 8 && config->reg_bits == 8 &&
		 i2c_check_functionality(i2c->adapter,
					 I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA))
		bus = ®map_smbus_byte;
 
	if (!bus)
		return ERR_PTR(-ENOTSUPP);
 
	quirks = i2c->adapter->quirks;
	if (quirks) {
		if (quirks->max_read_len &&
		    (bus->max_raw_read == 0 || bus->max_raw_read > quirks->max_read_len))
			max_read = quirks->max_read_len;
 
		if (quirks->max_write_len &&
		    (bus->max_raw_write == 0 || bus->max_raw_write > quirks->max_write_len))
			max_write = quirks->max_write_len;
 
		if (max_read || max_write) {
			ret_bus = kmemdup(bus, sizeof(*bus), GFP_KERNEL);
			if (!ret_bus)
				return ERR_PTR(-ENOMEM);
			ret_bus->free_on_exit = true;
			ret_bus->max_raw_read = max_read;
			ret_bus->max_raw_write = max_write;
			bus = ret_bus;
		}
	}
 
	return bus;
}
 . . . . . .
struct regmap *__devm_regmap_init_i2c(struct i2c_client *i2c,
				      const struct regmap_config *config,
				      struct lock_class_key *lock_key,
				      const char *lock_name)
{
	const struct regmap_bus *bus = regmap_get_i2c_bus(i2c, config);
 
	if (IS_ERR(bus))
		return ERR_CAST(bus);
 
	return __devm_regmap_init(&i2c->dev, bus, &i2c->dev, config,
				  lock_key, lock_name);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(__devm_regmap_init_i2c);

__devm_regmap_init_i2c() 函数首先根据寄存器映射的配置，如寄存器地址的位数，寄存器值的位数，I2C 总线的功能特性，大尾端还是小尾端等，选择设备寄存器的访问操作，即 struct regmap_bus，然后如同 __devm_regmap_init_mmio_clk() 函数一样，通过 __devm_regmap_init() 函数创建并初始化 regmap 对象。

这里通过 i2c_check_functionality() 函数判断 I2C 总线的功能特性，这个函数定义 (位于 include/linux/i2c.h) 如下：

/* Return the functionality mask */
static inline u32 i2c_get_functionality(struct i2c_adapter *adap)
{
	return adap->algo->functionality(adap);
}
 
/* Return 1 if adapter supports everything we need, 0 if not. */
static inline int i2c_check_functionality(struct i2c_adapter *adap, u32 func)
{
	return (func & i2c_get_functionality(adap)) == func;
}

即通过 I2C 总线适配器驱动程序实现的 functionality 操作来判断。ALC 5651 Linux 内核驱动程序的寄存器映射配置，寄存器地址为 8 位，值为 16 位，对于标准的 I2C 总线，对应的 I2C IO 操作如下：

static int regmap_i2c_write(void *context, const void *data, size_t count)
{
	struct device *dev = context;
	struct i2c_client *i2c = to_i2c_client(dev);
	int ret;
 
	ret = i2c_master_send(i2c, data, count);
	if (ret == count)
		return 0;
	else if (ret < 0)
		return ret;
	else
		return -EIO;
}
 
static int regmap_i2c_gather_write(void *context,
				   const void *reg, size_t reg_size,
				   const void *val, size_t val_size)
{
	struct device *dev = context;
	struct i2c_client *i2c = to_i2c_client(dev);
	struct i2c_msg xfer[2];
	int ret;
 
	/* If the I2C controller can't do a gather tell the core, it
	 * will substitute in a linear write for us.
	 */
	if (!i2c_check_functionality(i2c->adapter, I2C_FUNC_NOSTART))
		return -ENOTSUPP;
 
	xfer[0].addr = i2c->addr;
	xfer[0].flags = 0;
	xfer[0].len = reg_size;
	xfer[0].buf = (void *)reg;
 
	xfer[1].addr = i2c->addr;
	xfer[1].flags = I2C_M_NOSTART;
	xfer[1].len = val_size;
	xfer[1].buf = (void *)val;
 
	ret = i2c_transfer(i2c->adapter, xfer, 2);
	if (ret == 2)
		return 0;
	if (ret < 0)
		return ret;
	else
		return -EIO;
}
 
static int regmap_i2c_read(void *context,
			   const void *reg, size_t reg_size,
			   void *val, size_t val_size)
{
	struct device *dev = context;
	struct i2c_client *i2c = to_i2c_client(dev);
	struct i2c_msg xfer[2];
	int ret;
 
	xfer[0].addr = i2c->addr;
	xfer[0].flags = 0;
	xfer[0].len = reg_size;
	xfer[0].buf = (void *)reg;
 
	xfer[1].addr = i2c->addr;
	xfer[1].flags = I2C_M_RD;
	xfer[1].len = val_size;
	xfer[1].buf = val;
 
	ret = i2c_transfer(i2c->adapter, xfer, 2);
	if (ret == 2)
		return 0;
	else if (ret < 0)
		return ret;
	else
		return -EIO;
}
 
static const struct regmap_bus regmap_i2c = {
	.write = regmap_i2c_write,
	.gather_write = regmap_i2c_gather_write,
	.read = regmap_i2c_read,
	.reg_format_endian_default = REGMAP_ENDIAN_BIG,
	.val_format_endian_default = REGMAP_ENDIAN_BIG,
};

这里构造消息给 I2C 总线驱动程序，调用 Linux 内核 I2C 子系统提供的 i2c_master_send() 和 i2c_transfer() 等操作，完成对设备寄存器的读写。Linux 内核 I2C 子系统及 I2C 总线驱动程序的更多细节这里不多赘述。

写设备寄存器

Linux 内核设备驱动程序通过 regmap_write() 等函数写设备寄存器，相关的这些函数原型 (位于 include/linux/regmap.h) 如下：

int regmap_write(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int val);
int regmap_write_async(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int val);
int regmap_raw_write(struct regmap *map, unsigned int reg,
		     const void *val, size_t val_len);
int regmap_noinc_write(struct regmap *map, unsigned int reg,
		     const void *val, size_t val_len);
int regmap_bulk_write(struct regmap *map, unsigned int reg, const void *val,
			size_t val_count);
int regmap_multi_reg_write(struct regmap *map, const struct reg_sequence *regs,
			int num_regs);
int regmap_multi_reg_write_bypassed(struct regmap *map,
				    const struct reg_sequence *regs,
				    int num_regs);
int regmap_raw_write_async(struct regmap *map, unsigned int reg,
			   const void *val, size_t val_len);

regmap_write() 和 regmap_write_async() 函数分别同步和异步地写一个设备寄存器，这两个函数定义 (位于 drivers/base/regmap/regmap.c) 如下：

bool regmap_reg_in_ranges(unsigned int reg,
			  const struct regmap_range *ranges,
			  unsigned int nranges)
{
	const struct regmap_range *r;
	int i;
 
	for (i = 0, r = ranges; i < nranges; i++, r++)
		if (regmap_reg_in_range(reg, r))
			return true;
	return false;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(regmap_reg_in_ranges);
 
bool regmap_check_range_table(struct regmap *map, unsigned int reg,
			      const struct regmap_access_table *table)
{
	/* Check "no ranges" first */
	if (regmap_reg_in_ranges(reg, table->no_ranges, table->n_no_ranges))
		return false;
 
	/* In case zero "yes ranges" are supplied, any reg is OK */
	if (!table->n_yes_ranges)
		return true;
 
	return regmap_reg_in_ranges(reg, table->yes_ranges,
				    table->n_yes_ranges);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(regmap_check_range_table);
 
bool regmap_writeable(struct regmap *map, unsigned int reg)
{
	if (map->max_register && reg > map->max_register)
		return false;
 
	if (map->writeable_reg)
		return map->writeable_reg(map->dev, reg);
 
	if (map->wr_table)
		return regmap_check_range_table(map, reg, map->wr_table);
 
	return true;
}
 . . . . . .
static inline void *_regmap_map_get_context(struct regmap *map)
{
	return (map->bus) ? map : map->bus_context;
}
 
int _regmap_write(struct regmap *map, unsigned int reg,
		  unsigned int val)
{
	int ret;
	void *context = _regmap_map_get_context(map);
 
	if (!regmap_writeable(map, reg))
		return -EIO;
 
	if (!map->cache_bypass && !map->defer_caching) {
		ret = regcache_write(map, reg, val);
		if (ret != 0)
			return ret;
		if (map->cache_only) {
			map->cache_dirty = true;
			return 0;
		}
	}
 
	if (regmap_should_log(map))
		dev_info(map->dev, "%x <= %x\n", reg, val);
 
	trace_regmap_reg_write(map, reg, val);
 
	return map->reg_write(context, reg, val);
}
 
/**
 * regmap_write() - Write a value to a single register
 *
 * @map: Register map to write to
 * @reg: Register to write to
 * @val: Value to be written
 *
 * A value of zero will be returned on success, a negative errno will
 * be returned in error cases.
 */
int regmap_write(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int val)
{
	int ret;
 
	if (!IS_ALIGNED(reg, map->reg_stride))
		return -EINVAL;
 
	map->lock(map->lock_arg);
 
	ret = _regmap_write(map, reg, val);
 
	map->unlock(map->lock_arg);
 
	return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(regmap_write);
 
/**
 * regmap_write_async() - Write a value to a single register asynchronously
 *
 * @map: Register map to write to
 * @reg: Register to write to
 * @val: Value to be written
 *
 * A value of zero will be returned on success, a negative errno will
 * be returned in error cases.
 */
int regmap_write_async(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int val)
{
	int ret;
 
	if (!IS_ALIGNED(reg, map->reg_stride))
		return -EINVAL;
 
	map->lock(map->lock_arg);
 
	map->async = true;
 
	ret = _regmap_write(map, reg, val);
 
	map->async = false;
 
	map->unlock(map->lock_arg);
 
	return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(regmap_write_async);

像众多 regmap 机制提供的设备寄存器访问操作函数一样，这两个函数，在开始任何操作前先加了锁，并在结束操作后解锁，regmap 机制提供了对设备寄存器的互斥访问。

regmap_write_async() 函数在加锁后，将 map->async 赋值为 true，并在解锁前将其赋值为 false，从 _regmap_write() 函数的实现来看，这里的异步写疑似没有工作。

regmap_write() 和 regmap_write_async() 函数都通过 _regmap_write() 函数完成对设备寄存器的写操作。

_regmap_write() 函数的执行过程是简单的三步：

1. 检查要写入的寄存器是否可写。这里的检查按照设备寄存器的读写属性配置进行。首先，检查寄存器是否超过了配置的寄存器，若超过了，则显然不可写；其次，当 writeable_reg 回调函数配置时，由该回调函数判断；然后，当 wr_table 可写寄存器表配置时，根据该表做判断；否则，认为寄存器可写。对于寄存器是否可写的判断，如果同时配置了 writeable_reg 回调函数和 wr_table 可写寄存器表，则前者的优先级高于后者，后者将被忽略；如果两者都没有配置，则认为寄存器可写。

2. 使用了 cache，而没开延迟 cache 时，将要写入寄存器的值先写入 cached。如果写入失败，则直接返回，否则继续执行。如果设置了 map->cache_only，则将 map->cache_dirty 置为 true 并返回，否则继续执行。map->cache_only 标记表示不希望真正地写设备寄存器。

3. 调用 struct regmap 的 reg_write 操作向设备寄存器写入值。

这里的写操作基本上是一个无条件的写，即在写入设备寄存器之前，不会检查缓存中是否已经存在了相同值。

regcache_write() 函数定义 (位于 drivers/base/regmap/regcache.c) 如下：

int regcache_write(struct regmap *map,
		   unsigned int reg, unsigned int value)
{
	if (map->cache_type == REGCACHE_NONE)
		return 0;
 
	BUG_ON(!map->cache_ops);
 
	if (!regmap_volatile(map, reg))
		return map->cache_ops->write(map, reg, value);
 
	return 0;
}

regcache_write() 函数，首先，检查是否开启了 cache，如果没有则直接返回，否则继续执行；其次，检查要写入的寄存器是否为 volatile 的，如果不是，则通过 cache 实现的 write 回调写入 cache，否则返回。

regmap_volatile() 函数用以检查寄存器是否为 volatile 的，这个函数定义 (位于 drivers/base/regmap/regmap.c) 如下：

bool regmap_readable(struct regmap *map, unsigned int reg)
{
	if (!map->reg_read)
		return false;
 
	if (map->max_register && reg > map->max_register)
		return false;
 
	if (map->format.format_write)
		return false;
 
	if (map->readable_reg)
		return map->readable_reg(map->dev, reg);
 
	if (map->rd_table)
		return regmap_check_range_table(map, reg, map->rd_table);
 
	return true;
}
 
bool regmap_volatile(struct regmap *map, unsigned int reg)
{
	if (!map->format.format_write && !regmap_readable(map, reg))
		return false;
 
	if (map->volatile_reg)
		return map->volatile_reg(map->dev, reg);
 
	if (map->volatile_table)
		return regmap_check_range_table(map, reg, map->volatile_table);
 
	if (map->cache_ops)
		return false;
	else
		return true;
}

对寄存器是否为 volatile 的检查，暗含着对它是否可读的检查。如果寄存器不是 volatile 的，会被认为是可缓存的。regmap_volatile() 函数的检查过程如下：

1. 没有定义 format_write 操作，同时寄存器不可读，则认为寄存器不是 volatile 的。这里有个坑。如果寄存器是只写的，比如 W1C 写 1 清的寄存器等 (对于硬件设备，这样的寄存器比较常见)，在这里会被判定为非 volatile 的，如果开了缓存即是可缓存的。在 regmap_update_bits() 操作中会出问题

2. 和对寄存器的 writable 判断类似，先检查配置的 volatile_reg 回调操作，再检查 volatile_table 表。

3. 如果既没有配置 volatile_reg 回调操作，也没有配置 volatile_table 表，则根据缓存配置判断。如果开了缓存，则认为所有寄存器都是非 volatile 的，即都可以缓存，否则都是 volatile 的。

在 regmap_readable() 函数中对于寄存器是否可读的判断，与对寄存器是否可写的判断类似。但多了对 map->reg_read 寄存器读操作的检查，及格式化写的检查。

这里不再详细分析 regmap_raw_write()、regmap_noinc_write() 和 regmap_bulk_write() 等更复杂的设备寄存器写操作。

读设备寄存器

Linux 内核设备驱动程序通过 regmap_read() 等函数读设备寄存器，相关的这些函数原型 (位于 include/linux/regmap.h) 如下：

int regmap_read(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int *val);
int regmap_raw_read(struct regmap *map, unsigned int reg,
		    void *val, size_t val_len);
int regmap_noinc_read(struct regmap *map, unsigned int reg,
		      void *val, size_t val_len);
int regmap_bulk_read(struct regmap *map, unsigned int reg, void *val,
		     size_t val_count);

regmap_read() 函数同步地读一个设备寄存器，这个函数定义 (位于 drivers/base/regmap/regmap.c) 如下：

static int _regmap_read(struct regmap *map, unsigned int reg,
			unsigned int *val)
{
	int ret;
	void *context = _regmap_map_get_context(map);
 
	if (!map->cache_bypass) {
		ret = regcache_read(map, reg, val);
		if (ret == 0)
			return 0;
	}
 
	if (map->cache_only)
		return -EBUSY;
 
	if (!regmap_readable(map, reg))
		return -EIO;
 
	ret = map->reg_read(context, reg, val);
	if (ret == 0) {
		if (regmap_should_log(map))
			dev_info(map->dev, "%x => %x\n", reg, *val);
 
		trace_regmap_reg_read(map, reg, *val);
 
		if (!map->cache_bypass)
			regcache_write(map, reg, *val);
	}
 
	return ret;
}
 
/**
 * regmap_read() - Read a value from a single register
 *
 * @map: Register map to read from
 * @reg: Register to be read from
 * @val: Pointer to store read value
 *
 * A value of zero will be returned on success, a negative errno will
 * be returned in error cases.
 */
int regmap_read(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int *val)
{
	int ret;
 
	if (!IS_ALIGNED(reg, map->reg_stride))
		return -EINVAL;
 
	map->lock(map->lock_arg);
 
	ret = _regmap_read(map, reg, val);
 
	map->unlock(map->lock_arg);
 
	return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(regmap_read);

与 regmap_write() 函数类似， regmap_read() 函数，首先，对 regmap 加锁；然后，调用 _regmap_read() 函数执行读操作；最后，解锁并返回。_regmap_read() 函数的执行过程是清晰的几个步骤：

1. 如果开启了缓存，则先从缓存读，如果成功则返回，否则继续执行。

2. 如果设置了 map->cache_only，则报错返回。设备驱动程序挂起时，可以设置 map->cache_only，以防止意外地对设备寄存器读写。

3. 判断寄存器是否可读，如果不可读，则报错返回，否则继续执行。对于只写的设备寄存器，如果开启了缓存，在这个函数中将读到上次写入的值。在逻辑上，这样的返回值不太合适。这个函数更好的实现方法，似乎是将寄存器是否可读的判断，放在从缓存读寄存器前面。

4. 读取设备寄存器。

5. 读取设备寄存器成功，且开启了缓存，则将读取的值写入缓存。

从缓存中读取设备寄存器的值的函数 regcache_read() 定义 (位于 drivers/base/regmap/regcache.c) 如下：

int regcache_read(struct regmap *map,
		  unsigned int reg, unsigned int *value)
{
	int ret;
 
	if (map->cache_type == REGCACHE_NONE)
		return -ENOSYS;
 
	BUG_ON(!map->cache_ops);
 
	if (!regmap_volatile(map, reg)) {
		ret = map->cache_ops->read(map, reg, value);
 
		if (ret == 0)
			trace_regmap_reg_read_cache(map, reg, *value);
 
		return ret;
	}
 
	return -EINVAL;
}

缓存操作针对开启了缓存的 regmap 的非 volatile 的寄存器。在 regcache_read() 函数中，它从缓存实现中读取寄存器的值。

这里不再详细分析 regmap_raw_read()、regmap_noinc_read() 和 regmap_bulk_read() 等更复杂的设备寄存器读操作。

设备寄存器位更新

Linux 内核设备驱动程序通过 regmap_update_bits() 等函数更新设备寄存器的特定位，相关的这些函数原型 (位于 include/linux/regmap.h) 如下：

int regmap_update_bits_base(struct regmap *map, unsigned int reg,
			    unsigned int mask, unsigned int val,
			    bool *change, bool async, bool force);
 
static inline int regmap_update_bits(struct regmap *map, unsigned int reg,
				     unsigned int mask, unsigned int val)
{
	return regmap_update_bits_base(map, reg, mask, val, NULL, false, false);
}
 
static inline int regmap_update_bits_async(struct regmap *map, unsigned int reg,
					   unsigned int mask, unsigned int val)
{
	return regmap_update_bits_base(map, reg, mask, val, NULL, true, false);
}
 
static inline int regmap_update_bits_check(struct regmap *map, unsigned int reg,
					   unsigned int mask, unsigned int val,
					   bool *change)
{
	return regmap_update_bits_base(map, reg, mask, val,
				       change, false, false);
}
 
static inline int
regmap_update_bits_check_async(struct regmap *map, unsigned int reg,
			       unsigned int mask, unsigned int val,
			       bool *change)
{
	return regmap_update_bits_base(map, reg, mask, val,
				       change, true, false);
}
 
static inline int regmap_write_bits(struct regmap *map, unsigned int reg,
				    unsigned int mask, unsigned int val)
{
	return regmap_update_bits_base(map, reg, mask, val, NULL, false, true);
}

regmap_update_bits() 等函数传入不同的参数调用 regmap_update_bits_base() 函数，后者定义 (位于 drivers/base/regmap/regmap.c) 如下：

static int _regmap_update_bits(struct regmap *map, unsigned int reg,
			       unsigned int mask, unsigned int val,
			       bool *change, bool force_write)
{
	int ret;
	unsigned int tmp, orig;
 
	if (change)
		*change = false;
 
	if (regmap_volatile(map, reg) && map->reg_update_bits) {
		ret = map->reg_update_bits(map->bus_context, reg, mask, val);
		if (ret == 0 && change)
			*change = true;
	} else {
		ret = _regmap_read(map, reg, &orig);
		if (ret != 0)
			return ret;
 
		tmp = orig & ~mask;
		tmp |= val & mask;
 
		if (force_write || (tmp != orig)) {
			ret = _regmap_write(map, reg, tmp);
			if (ret == 0 && change)
				*change = true;
		}
	}
 
	return ret;
}
 
/**
 * regmap_update_bits_base() - Perform a read/modify/write cycle on a register
 *
 * @map: Register map to update
 * @reg: Register to update
 * @mask: Bitmask to change
 * @val: New value for bitmask
 * @change: Boolean indicating if a write was done
 * @async: Boolean indicating asynchronously
 * @force: Boolean indicating use force update
 *
 * Perform a read/modify/write cycle on a register map with change, async, force
 * options.
 *
 * If async is true:
 *
 * With most buses the read must be done synchronously so this is most useful
 * for devices with a cache which do not need to interact with the hardware to
 * determine the current register value.
 *
 * Returns zero for success, a negative number on error.
 */
int regmap_update_bits_base(struct regmap *map, unsigned int reg,
			    unsigned int mask, unsigned int val,
			    bool *change, bool async, bool force)
{
	int ret;
 
	map->lock(map->lock_arg);
 
	map->async = async;
 
	ret = _regmap_update_bits(map, reg, mask, val, change, force);
 
	map->async = false;
 
	map->unlock(map->lock_arg);
 
	return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(regmap_update_bits_base);

与 regmap_write() 和 regmap_read() 函数类似，regmap_update_bits_base() 函数，首先，对 regmap 加锁；然后，设置 map->async 标志，调用 _regmap_update_bits() 函数执行寄存器位更新操作；最后，重置 map->async 标志，解锁并返回。_regmap_update_bits() 函数的执行分成几种情况来处理：

1. 寄存器为 volatile 的，同时配置了 reg_update_bits 回调函数，则执行 reg_update_bits 回调函数并返回结果。寄存器为 volatile 的，所以可以忽略对 cached 的操作。只写寄存器会被判定为非 volatile 的，因而它们不会由 reg_update_bits 回调函数处理。

2. 其它情况。先读取寄存器。特别需要关注的是对只写寄存器的处理。第一次读取只写寄存器时，会读取失败并返回错误。如果之前对只写寄存器有过写入操作，且开了 cache，则会读取之前写入的值。随后，如果要求强制写，或要写入的位的值与读取的值不同，则将值写入寄存器。如果开了 cache，写操作会更新 cache。

考虑只写寄存器通过 regmap_update_bits_base() 函数来更新，则要么更新失败，要么很可能发现要更新的值和缓存中的值一致，而不会实际去更新。对只写寄存器的任何更新，regmap_write() 或 regmap_write_bits() 函数是更好的选择。

要使得对 regmap 各函数调用的行为符合预期，还是需要对这些函数的行为实现有所了解，并适当的配置驱动程序中各个寄存器的读写属性。

整体看下来，regmap 机制提供的能力有这样一些：

1. 提供的设备寄存器访问操作函数可以执行对设备寄存器的互斥访问。
2. 提高效率的 cache，其中包含多个 cache 策略可选。
3. 统一的方便的 IO 访问操作函数访问 mmio，i2c 等不同总线的设备 IO 寄存器。
4. 通过 debugfs 调试相关设备 IO 寄存器的能力。
5. 良好的扩展能力。如未来要通过 regmap 机制支持一种新的访问设备 IO 寄存器的总线，则仅需实现 struct regmap_bus 即可。

Done.