linux驱动开发学习笔记十四：pinctrl子系统介绍

一、前言

之前已经介绍过关于设备树的一些基本概念，相信对设备数已经有了一些了解。我们知道在驱动开发过程中设备树是非常重要的，但是在使用pinctrl和gpio子系统之前，其实我们写驱动的方式，就拿点亮一个led来说，还是和裸机开发非常类似。因为我们仍然相当于直接操作的寄存器，和不使用设备树相比无疑只是将寄存器的地址写到了节点属性里，然后我们去读取而已。

其实对于大多数的 32 位 SOC 而言，引脚的设置基本都是先设置PIN的复用功能、然后设置上下拉、速度等电气属性；如果复用为GPIO的话，我们还需要读取或者写入指定的值。因此 Linux 内核针对 PIN 的配置推出了 pinctrl 子系统，对于 GPIO的配置推出了 gpio 子系统。

二、pinctrl 子系统主要工作内容

大多数 SOC 的 pin 都是支持复用的，比如 I.MX6ULL 的 GPIO1_IO03 既可以作为普通的
GPIO 使用，也可以作为 I2C1 的 SDA 等等。此外我们还需要配置 pin 的电气特性，比如上/下拉、速度、驱动能力等等。传统的配置 pin 的方式就是直接操作相应的寄存器，但是这种配置方式比较繁琐、而且容易出问题(比如 pin 功能冲突)。pinctrl 子系统就是为了解决这个问题而引入的，pinctrl 子系统主要工作内容如下：

①、获取设备树中 pin 信息。
②、根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的复用功能
③、根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的电气特性，比如上/下拉、速度、驱动能力等。

对于我们使用者来讲，只需要在设备树里面设置好某个 pin 的相关属性即可，其他的初始
化工作均由 pinctrl 子系统来完成，pinctrl 子系统源码目录为 drivers/pinctrl。

三、PIN 配置信息详解

要使用 pinctrl 子系统，我们需要在设备树里面设置 PIN 的配置信息，毕竟 pinctrl 子系统要根据你提供的信息来配置 PIN 功能，一般会在设备树里面创建一个节点来描述 PIN 的配置信息。打开 imx6ull.dtsi 文件，找到一个叫做 iomuxc 的节点，如下所示：

756 iomuxc: iomuxc@020e0000 {
757           compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc";
758           reg = <0x020e0000 0x4000>;
759        };

iomuxc 节点就是 I.MX6ULL 的 IOMUXC 外设对应的节点，看起来内容很少，没看出什么
跟 PIN 的配置有关的内容，但其实都在imx6ull-alientek-emmc.dts文件中，因为我们知道dts文件是可以对dtsi文件中的节点进行引用以补充内容的，如下所示：

以上dts文件中的内容就是在向 iomuxc 节点追加数据，不同的外设使用的 PIN 不同、其配置也不同，因此一个萝卜一个坑，将某个外设所使用的所有 PIN 都组织在一个子节点里面。示例代码中 pinctrl_hog_1 子节点就是和热插拔有关的 PIN 集合，比如 USB OTG 的 ID 引脚。pinctrl_flexcan1 子节点是 flexcan1 这个外设所使用的 PIN，pinctrl_wdog 子节点是 wdog 外设所使用的 PIN。如果需要在 iomuxc 中添加我们自定义外设的 PIN，那么需要新建一个子节点，然后将这个自定义外设的所有 PIN 配置信息都放到这个子节点中。

其实将两个文件里关于iomuxc节点的内容组合到一块就是如下代码：

1 iomuxc: iomuxc@020e0000 { 
2           compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc"; 
3           reg = <0x020e0000 0x4000>;
4           pinctrl-names = "default";
5 			pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
6 			imx6ul-evk { 
7 				pinctrl_hog_1: hoggrp-1 { 
8 					fsl,pins = < 
9 						MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 0x17059
10 						MX6UL_PAD_GPIO1_IO05__USDHC1_VSELECT 0x17059
11						MX6UL_PAD_GPIO1_IO09__GPIO1_IO09 0x17059
12 						MX6UL_PAD_GPIO1_IO00__ANATOP_OTG1_ID 0x13058
13 					>;
......
16 			};
17 		};
18 };

1、先来说一下下面这个宏定义

#define MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 0x0090 0x031C 0x0000 0x5 0x0

宏 定 义 MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 表示将UART1_RTS_B 这个 IO 复用为 GPIO1_IO19。此宏定义后面跟着 5 个数字，也就是这个宏定义的具体值，如下所示：

0x0090 0x031C 0x0000 0x5 0x0

这 5 个值的含义如下所示：

<mux_reg conf_reg input_reg mux_mode input_val>

• 0x0090：mux_reg 寄存器偏移地址，设备树中的 iomuxc 节点就是 IOMUXC 外设对应的节点 ， 根 据 其 reg 属 性 可 知 IOMUXC 外 设 寄 存 器 起 始 地 址 为 0x020e0000 。 因 此0x020e0000+0x0090=0x020e0090，IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_RTS_B 寄存器地址正 好 是 0x020e0090。就这样，我们得到了需要使用的PIN的复用寄存器地址，我们就可以进行后续操作了。

• 0x031C：conf_reg 寄存器偏移地址，和 mux_reg 一样，0x020e0000+0x031c=0x020e031c，这个就是寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_RTS_B 的地址。

• 0x0000：input_reg 寄存器偏移地址，有些外设有 input_reg 寄存器，有 input_reg 寄存器的外设需要配置 input_reg 寄存器。没有的话就不需要设置，UART1_RTS_B 这个 PIN 在做GPIO1_IO19 的时候是没有 input_reg 寄存器，因此这里 intput_reg 是无效的。

• 0x5 ： mux_reg 寄 存 器 值 ， 在 这 里 就 相 当 于 设 置
  IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_RTS_B 寄存器为 0x5，也即是设置 UART1_RTS_B 这 个 PIN 复用为 GPIO1_IO19。

• 0x0：input_reg 寄存器值，在这里无效。

2、再来说一下宏定义后面的数值的含义

以上就是宏MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 的含义，但是你有没有发现并没有 conf_reg 寄存器的值，config_reg 寄存器是设置一个 PIN 的电气特性的，这么重要的寄存器怎么可能没有值呢？回到示例代码中，第 9 行的内容如下所示：`

MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 0x17059 

MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 我们上面已经分析了，就剩下了一个 0x17059，0x17059 就是 conf_reg 寄存器值！此值由用户自行设置，也就是说上面所说的那些值都是一个PIN固定的值，这一个值才是我们可以自行设置的，通过此值来设置一个 IO 的上/下拉、驱动能力和速度等。在这里就相当于设置寄存器IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_RTS_B 的值为 0x17059。

有一点需要注意的是，不同的开发板，肯定寄存器的名字以及地址有所不同，但是你可以进行类比。比如你可以去用户手册根据代码中提到的地址去查找对应的寄存器，然后就可以看到它应该如何配置，我们按照需要配置其值即可，也即设置PIN的电气属性。

四、设备树中添加 pinctrl 节点

上面我们已经说了，不同的外设使用的 PIN 不同、其配置也不同，因此一个萝卜一个坑，将某个外设所使用的所有 PIN 都组织在一个子节点里面。而这些节点应该在设备树的哪一级进行添加相信很容易能看出来，在这个示例中，肯定是在和pinctrl_hog_1节点同一级进行添加，因为这一级中每一个节点就代表一个外设在pinctrl 子系统中的对应的属于自己的那一部分。也即这个外设需要使用到哪些PIN我们在这里面进行添加即可，后面在gpio子系统中会引用到这个节点。而且我们其实只需要设置conf_reg 寄存器的值就好，其他的一些值，比如我们上面提到的宏定义后面的五个值其实都是已经写好的，它们和PIN一一对应，我们只需要选择所需的PIN即可，也即使用该PIN对应的宏定义，然后在其后面跟上conf_reg 的值以完成电气属性的设置。

这里我们虚拟一个名为“test”的设备，test 使用了 GPIO1_IO00 这个 PIN 的 GPIO 功能，pinctrl 节点添加过程如下：

• 创建对应的节点

同一个外设的 PIN 都放到一个节点里面，打开 imx6ull-alientek-emmc.dts，在 iomuxc 节点中的“imx6ul-evk”子节点下添加“pinctrl_test”节点，注意！节点前缀一定要为“pinctrl_”。添加完成以后如下所示：

1 pinctrl_test: testgrp { 
2		 /* 具体的 PIN 信息 */
3 		};

注意上面已经说了，它是和pinctrl_hog_1节点在同一级，不要搞错了。

• 添加“fsl,pins”属性

设备树是通过属性来保存信息的，因此我们需要添加一个属性，属性名字一定要为“fsl,pins”，因为对于 I.MX 系列 SOC 而言，pinctrl 驱动程序是通过读取“fsl,pins”属性值来获取 PIN 的配置信息，完成以后如下所示：

1 pinctrl_test: testgrp { 
2 		fsl,pins = < 
3      /* 设备所使用的 PIN 配置信息 */
4		 >;
5 };

这里需要注意的是，不同的板子前面这个属性值肯定是不一样的，但是我们只需要看一下已经写好的节点里这个值是啥就行，因为我们并不是从零开始写的，肯定是已经有很多的节点被添加进来。

• 在“fsl,pins”属性中添加 PIN 配置信息

最后在“fsl,pins”属性中添加具体的 PIN 配置信息，完成以后如下所示：

1 pinctrl_test: testgrp { 
2 		fsl,pins = < 
3 		MX6UL_PAD_GPIO1_IO00__GPIO1_IO00 config /*config 是具体设置值*/
4 		>;

最后总结一下就是，不同的板子寄存器的名字和地址可能不太一样，我们选择PIN的时候需要根据原理图和用户手册来确定应该使用哪些PIN、设置这些PIN的时候应该使用哪些寄存器及其如何赋值、这些PIN(包括复用)在头文件中对应的宏定义是哪一个等信息。