Linux驱动开发之【pinctrl和gpio子系统】

目录

一、 pinctrl和gpio子系统

1.pinctrl子系统

1.1 pinctrl子系统简介

1.2 pinctrl子系统驱动

1.3 设备树中添加pinctrl节点模版

2. gpio子系统

2.1 gpio子系统简介

2.2 gpio子系统驱动

2.3 gpio子系统API函数

2.4 设备树中添加gpio节点模板

2.5 与gpio相关的OF函数

3. 驱动程序编写

3.1 驱动入口函数

3.2 驱动出口函数

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一、 pinctrl和gpio子系统

Linux 是一个庞大而完善的系统，尤其是驱动框架，像 GPIO 这种最基本的驱动不可能采用“原始”的裸机驱动开发方式。Linux 内核提供了 pinctrl 和 gpio 子系统用于GPIO 驱动，

Linux 驱动讲究驱动分离与分层，pinctrl 和 gpio 子系统就是驱动分离与分层思想下的产物

要先设置某个 PIN 的复用功能、速度、上下拉等，然后再设置 PIN 所对应的 GPIO。其实对于大多数的 32 位 SOC 而言，引脚的设置基本都是这两方面，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。

1.pinctrl子系统

1.1 pinctrl子系统简介

• 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。

1.2 pinctrl子系统驱动

• PIN配置信息详解

要使用pinctrl子系统，需要在设备树里设置PIN的配置信息，pinctrl子系统会根据提供的信息去配置PIN功能，一般会在设备树里创建一个节点来描述PIN的配置信息

如何向iomuxc（描述IOMUXC设备的节点）追加数据？

不同的外设使用的PIN不同，配置也不同，因此一个萝卜一个坑，将某个外设所使用的的所有PIN都组织在一个子节点里

例如：

iomuxc: iomuxc@020e0000 {
compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc";
reg = <0x020e0000 0x4000>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
imx6ul-evk {
pinctrl_hog_1: hoggrp-1 {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 0x17059
MX6UL_PAD_GPIO1_IO05__USDHC1_VSELECT 0x17059
MX6UL_PAD_GPIO1_IO09__GPIO1_IO09 0x17059
MX6UL_PAD_GPIO1_IO00__ANATOP_OTG1_ID 0x13058
>;
......
};
};
};

"fsl,pins"为pinctrl_hog_1 子节点所使用的 PIN 配置信息，对于一个 PIN 的配置主要包括两方面，一个是设置这个 PIN 的复用功能，另一个就是设置这个 PIN 的电气特性

• PIN 驱动程序讲解

《正点驱动文档》P1163

 

1.3 设备树中添加pinctrl节点模版

1. 创建对应的节点

同一个外设的PIN都放到一个节点里，如在iomuxc节点中的imx6ul-evk子节点下添加"pinctrl_test"节点

pinctrl_test:testgrp
{
    /*具体的PIN信息*/
}

2, 添加"fsl,pins"属性

设备树通过属性来保存信息，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

pinctrl_test:testrp
{
    fsl,pins=<
    /*设备所使用的PIN配置信息*/    
    >
}

3. 在“fsl,pins”属性中添加具体的PIN配置信息

pinctrl_test:testrp
{
    fsl,pins=<
    MX6UL_PAD_GPIO1_IO00_GPIO1_IO00 config/*config是具体设置值*/    
    >
}

2. gpio子系统

2.1 gpio子系统简介

pinctrl子系统重点是设置PIN（PAD）的复用和电气属性，若pinctrl子系统将一个PIN复用为GPIO的话，则接下来就要用到gpio子系统

gpio子系统的主要目的就是方便驱动开发者使用gpio，驱动开发者在设备树中添加gpio相关信息

2.2 gpio子系统驱动

• 设备树中的gpio信息

pinctrl配置好以后就是设置gpio了，驱动程序通过相关GPIO进行判断处理等

• 如何让驱动程序知道相应引脚连接的是相关的GPIO呢

需要设备树来告诉驱动，在设备树设备节点下添加一个属性来描述设备引脚，设备驱动直接读取这个属性值就知道相应引脚使用哪个GPIO

示例代码 45.2.2.2 设备树中 SD 卡节点
 &usdhc1 {
 pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";
 pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc1>;
 pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc1_100mhz>;
 pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc1_200mhz>;
 /* pinctrl-3 = <&pinctrl_hog_1>; */
 cd-gpios = <&gpio1 19 GPIO_ACTIVE_LOW>;
 keep-power-in-suspend;
 enable-sdio-wakeup;
 vmmc-supply = <®_sd1_vmmc>;
 status = "okay";
 };

• "cd-gpios"属性

cd-gpios = <&gpio1 19 GPIO_ACTIVE_LOW>;

描述了SD卡的CD引脚使用的哪个IO，属性值一共有三个：

1. “&gpio1”:表示CD引脚所使用的的IO属于GPIO1组

2. “19”：表示GPIO1组的第19号IO

通过这两个值SD卡驱动程序就知道CD引脚使用了GPIO1_IO19这个GPIO

1. “GPIO_ACTIVE_LOW”:表示低电平有效

• gpio1节点

描述了GPIO1控制器的所有信息，重点就是GPIO1外设寄存器基地址以及兼容属性

• GPIO驱动程序简介

《正点驱动文档》P1171

2.3 gpio子系统API函数

对于驱动开发人员，设置好设备树以后就可以使用 gpio 子系统提供的 API 函数来操作指定的 GPIO，gpio 子系统向驱动开发人员屏蔽了具体的读写寄存器过程。这就是驱动分层与分离的好处

• gpio_request函数

用于申请一个GPIO管脚，在使用一个GPIO之前一定要使用gpio_request进行申请

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)

• gpio_free函数

如果不使用某个GPIO了，就可以调用gpio_free函数进行释放

void gpio_free(unsigned gpio)

• gpio_direction_input函数

此函数用于设置某个GPIO为输入

int gpio_direction_input(unsigned gpio)

• gpio_direction_output函数

此函数用于设置某个GPIO为输出，并且设置默认输出值

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)

• gpio_get_value函数

此函数用于获取某个GPIO的值

#define gpio_get_value __gpio_get_value
int __gpio_get_value(unsigned gpio)

• gpio_set_value函数

此函数用于设置某个GPIO的值

#define gpio_set_value __gpio_set_value
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

2.4 设备树中添加gpio节点模板

1. 创建test设备节点

在根节点“/”下创建test设备子节点

test{
/*节点内容*/
}

1. 添加pinctrl信息

将描述test设备所使用的的GPIOx_IOxx这个PIN的信息的pinctrl_test节点添加到test设备节点中

test{
pinctrl-names="default";
pinctrl-0=<&pinctrl_test>;
/*其他节点内容*/
};

3.添加GPIO属性信息

最后需要在test节点中添加GPIO属性信息，表明test设备所使用的的GPIO是哪个引脚

test{
pinctrl-names="default";
pinctrl-0=<&pinctrl_test>;
gpio=<&gpio1 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

2.5 与gpio相关的OF函数

• of_gpio_named_count函数

用于获取设备树某个属性里面定义了几个GPIO信息，空的GPIO信息也会被统计到

int of_gpio_named_count(struct device_node *np, const char *propname)

• of_gpio_count函数

和of_gpio_named_count函数一样，但是不同的地方在于，此函数统计的是"gpios"这个属性的GPIO数量，而of_gpio_named_count函数可以统计任意属性的GPIO信息

int of_gpio_count(struct device_node *np)

• of_get_named_gpio函数

获取GPIO编号，Linux内核关于GPIO的API函数都需要GPIO编号，此函数会将设备树中类似<&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>的属性信息转换为对应的 GPIO 编号，此函数很重要

int of_get_named_gpio(struct device_node *np,const char *propname, int index)

3. 驱动程序编写

• test_gpio

int test_gpio; /* test 所使用的 GPIO 编号 */

在设备结构体test_dev中加入test_gpio这个成员变量，保存test设备所使用的的GPIO编号

3.1 驱动入口函数

static int __init led_init(void)
{
    /*设置test设备所使用的的GPIO*/
    /*1、获取设备节点：gpiotest (通过设备树中的路径/xxx)*/
    /*2、获取gpio属性内容,得到test要使用的gpio编号*/
​
    /*初始化LED*/
    /*1、设置GPIO引脚的功能*/
    /*2、默认设置*/
    
    /*注册字符设备驱动*/
    /*1、创建设备号*/
    定义了设备号：register_chrdev_region()
    没有定义设备号：alloc_chrdev_region()
    /*2、初始化cdev*/
    /*3、添加一个cdev*/
    /*4、创建类*/
    /*5、创建设备*/
}

3.2 驱动出口函数

static void __exit led_exit(void)
{
    /*注销字符设备驱动*/
    /*1、删除cdev*/
    /*2、取消注册字符设备*/
    /*3、设备销毁*/
    /*4、类销毁*/
}