linux内核gpiolib文档

自己翻译的内核gpiolib文档，是2.6.38版本的。原文在：http://lxr.linux.no/linux+v2.6.38/Documentation/gpio.txt

内核文档

2011/05/08

标识端口

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gpio使用0～MAX_INT之间的整数标识，不能使用负数。

使用以下函数检查一个端口号的合法性：

int gpio_is_valid(int number);

• 使用gpio

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使用io的第一步是分配端口，使用 gpio_request()。

接下来要做的是标记它的方向。

/*设为输入或者输出，成功返回零或者失败返回负的错误值*/

int gpio_direction_input(unsigned gpio);

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);

通常应该检查它们的返回值。通常应该假定这两个接口会在线程上下文中调用。但是

对于自旋锁安全的gpio也可以在线程出现之前的早期初始化之间使用。

对于输出的gpio，提供的值作为输出的初始值。

• 使用自旋锁安全的gpio

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大部分gpio控制器可以使用内存读写指令来访问，不需要睡眠，可以在中断上下文访问。

对于gpio_cansleep返回假的gpio可以使用下面的接口访问:

/*读取输入，返回零或非零*/

int gpio_get_value(unsigned gpio);

/*输出*/

void gpio_set_value(unsigned gpio, int value);

返回的值是布尔值，零代表低，非零代表搞电平。当读取输出引脚的值，返回值应该是引脚上的实际状态，

这个值不一定等于配置的输出值，因为从设定信号到信号稳定需要一定时间。

不是所有的平台可以读取输出的引脚值，这些平台不能总是返回零。用这两这两个函数访问

不能非在睡眠的上下文中安全访问的gpio将是一个错误。

• 可被休眠上下文中访问的GPIO

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一些gpio控制器必须使用基于信息的总线，比如i2c和spi.读写gpio值的命令需要在队列中等待。

操作这些gpio可能会睡眠，不能在中断上下文中调用。

支持这种gpio的平台为了通过在这个函数中返回非零来区分其它

类型的gpio（需要一个已经被gpio_request申请的gpio号）：

int gpio_cansleep(unsigned gpio);

为了访问这些端口，定义了另一组函数接口：

/*输入端口：返回零或非零，可能睡眠*/

int gpio_get_value_cansleep(unsigned gpio);

/*输出端口：可能睡眠*/

void gpio_set_value_cansleep(unsigned gpio, int value);

只能在允许睡眠的上下文中访问这些端口，比如线程化的中断中，

必须使用这些接口而不是没有cansleep前缀的自旋锁安全接口。

除了这些接口可能睡眠这个事实之外，它们操作那些不能在中断处理函数中访问的端口，这些调用的表现和

自旋锁安全的调用表现一致。

另外：调用安装和配置这样的gpio必须是在可睡眠的上下文中，因为他们可能需要访问gpio控制器。

gpio_direction_input()

gpio_direction_output()

gpio_request()

## gpio_request_one()

## gpio_request_array()

## gpio_free_array()

gpio_free()

gpio_set_debounce()

• 申请和释放gpio

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为了获取系统配置错误，定义了两个调用：

/*申请gpio,返回0或负的错误值

* 非空的lables指针有助于诊断*/

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);

/*释放之前申请的gpio*/

void gpio_free(unsigned gpio);

应该假设这两个函数实在进程上下文中调用的，但对于自旋锁安全的gpio也可从

在进程建立之前的早期启动过程中调用。

考虑到大多数情况下gpio会在申请过后立即需要被配置，下面三个接口负责这些工作：

/*申请一个单独的gpio，使用“flag”作为初始的配置参数*/

int gpio_request_one(unsigned gpio, unsigned long flags, const char *label);

/*在一个调用中申请多个gpio*/

int gpio_request_array(struct gpio *array, size_t num);

/*释放多个端口*/

void gpio_free_array(struct gpio *array, size_t num);

“falg”用来配置下面的特性：

* GPIOF_DIR_IN - 配置方向为输入

* GPIOF_DIR_OUT -配置方向为输出

* GPIOF_INIT_LOW - 做输出引脚，输出低电平

* GPIOF_INIT_HIGH - 做输出引脚，输出高电平

为了同时处理多个gpio,定义了一个专门结构体：

struct gpio {

unsigned gpio;

unsigned long flags;

const char *label;

};

典型的使用如下：

327 static struct gpio leds_gpios[] = {

328 { 32, GPIOF_OUT_INIT_HIGH, "Power LED" }, /* default to ON */

329 { 33, GPIOF_OUT_INIT_LOW, "Green LED" }, /* default to OFF */

330 { 34, GPIOF_OUT_INIT_LOW, "Red LED" }, /* default to OFF */

331 { 35, GPIOF_OUT_INIT_LOW, "Blue LED" }, /* default to OFF */

332 { ... },

333 };

334

335 err = gpio_request_one(31, GPIOF_IN, "Reset Button");

336 if (err)

337 ...

338

339 err = gpio_request_array(leds_gpios, ARRAY_SIZE(leds_gpios));

340 if (err)

341 ...

342

343 gpio_free_array(leds_gpios, ARRAY_SIZE(leds_gpios));

• GPIO映射到IRQ

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352 /* map GPIO numbers to IRQ numbers */

353 int gpio_to_irq(unsigned gpio);

354

355 /* map IRQ numbers to GPIO numbers (avoid using this) */

356 int irq_to_gpio(unsigned irq);

返回值是对应的编号或者是负的错误码。使用未用gpio_direction_input()安装的gpio编号或者不是从

gpio_to_irq()得到的中断号是不会被gpio检查的错误。

gpio_to_irq()返回的中断编号可以传给request_irq()和free_irq()。

irq_to_gpio()返回的gpio编号通常用来调用gpio_get_value()，比如在沿触发的中断中获取引脚的状态。

有些平台不支持这种映射，应该避免调用映射函数。

模拟漏极开路

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gpio可能支持也可能不支持漏极开路输出。如果硬件不支持，可以模拟漏极开路输出的输入或者输出：

LOW: gpio_direction_output(gpio, 0) 忽略上拉电阻。

HIGH:gpio_direction_input(gpio) 关闭输出，上拉电阻控制信号。

如果驱动输出高电平但是gpio_get_value(gpio)报告的电平是低电平（经过一定延迟之后），可以断定

其它部分正在信号线上输出低电平。

GPIO 的框架（可选）

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GPIO的框架在gpiolib中实现。

如果使能了 debugfs，系统下会出现 /sys/kernel/debug/gpio这个文件。这个文件内

将会列出所有注册在框架内的控制器和当前使用的gpio的状态。

控制器驱动：gpio_chip

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在gpio框架中使用"struct gpio_chip"表示每个控制器的所有信息：

--设置gpio方向的方法

--访问gpio状态的方法

--表示是否会睡眠的标志

--可选的debugfs方法

--诊断用的标签lable(char指针)

当然还有每个实例的独有数据（可能来自dev.platform_data）;第一个gpio的编号和管理的gpio数量。

gpiolib支持多个gpio控制器的实例，使用gpiochip_add()来注册，使用gpiochip_remove()注销。

gpio_chip的debugfs方法将会忽略未被申请的gpio。使用gpiochip_is_requested()将会返回NULL（未被申请）或者

lable（已被申请）

平台支持

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为了支持gpio框架，必须选择Kconfig中的选项：ARCH_REQUIRE_GPIOLIB 或者 ARCH_WANT_OPTIONAL_GPIOLIB。并且

在 <asm/gpio.h>包含<asm-generic/gpio.h>，还要定义三个函数： gpio_get_value(), gpio_set_value(), and gpio_cansleep().

同时也可以提供ARCH_NR_GPIOS的定义，以反映平台支持的gpio数量。

ARCH_REQUIRE_GPIOLIB表示gpiolib代码总是会编译进内核中。

ARCH_WANT_OPTIONAL_GPIOLIB表示gpiolib默认是关闭的，但是用户可以使能它并把它编译进内核。

如果这两个选项一个都未被选中，gpiolib则不能被用户使能。

通常那三个函数接口可以直接使用框架内的代码（通过gpio_chip来调用）：

#define gpio_get_value __gpio_get_value

#define gpio_set_value __gpio_set_value

#define gpio_cansleep __gpio_cansleep

用户空间的sysfs接口（可选）

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在sysfs下的路径

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在/sys/class/gpio下有三种类型的入口：

--用户空间控制GPIO的接口（第一类）

--对应具体GPIO

--GPIO控制器（"gpio_chip"的实例）（第三类）

以上接口不包括标准“device”文件和它们的链接。

控制接口（第一类）是只写的：

/sys/class/gpio/

"export" 用户空间通过写入gpio的编号来向内核申请将某个gpio的控制权导出到用户空间

比如“echo 19 > export ”将会为19号gpio创建一个节点“gpio19”,前提是没有内和代码申请了这个端口。

“unexport” 和导出的效果相反。

比如“echo 19 > unexport”将会移除“gpio19”这个节点。

GPIO管脚的路径类似于/sys/class/gpio/gpio42/ (for GPIO #42)的形式，并且有以下可读写的属性：

/sys/class/gpio/gpioN/ （第二类）

“direction” 读取结果是“in”或者“out”。也可以往其中写入。写入“out”默认将引脚值初始化为低。

写入“low”或“high”可以初始化作为输出时的初始值。

如果内核不支持或者内核代码不愿意，将不会存在这个属性。

“value” 读取结果是0(低电平)或1（高电平）。如果GPIO被配置为输出，这个值是可写的，

任何非零的值都将输出高电平。

如果某个引脚能并且已经被配置为产生中断，可以在它的节点上调用poll(2)并且poll(2)将在中断触发后返回。

如果使用poll(2)，设置事件类型为POLLPRI和POLLERR。如果使用sellect(2)，将文件描述符加入exceptfds。

在poll(2)返回后，可以使用lseek(2)移动到文件开头读取新的值或者关闭它再重新打开读取新值。

“edge”读取改节点将会得到以下值： "none", "rising", "falling",或者 "both"。写如这些字符串到这个节点中将会选择

唤醒在“value”上的poll(2)的信号沿。

这个文件节点只有在引脚能被配置为输入中断引脚的时候才存在。

"active_low" 读取值是0(假)或者1（真）。写入任何非零的值都将反转“value”中读取和写入的值。

已经在使用和之后使用poll(2)的“edge”节点的“rasing”和“falling”值将会受"active_low" 的影响。

（自己的理解：这个值实际是将高变为0，低变为1。也就是实现了逻辑反转。）

GPIO控制器的路径类似于/sys/class/gpio/gpiochip42/（这个控制器的最小端口是42）并且有以下的读写属性：

/sys/class/gpio/gpiochipN/

“base” 和N相同，也就是控制器管理的最小的端口编号。

“lable” 诊断使用的标志（并不总是唯一的）

“ngpio” 控制器管理的端口数量（端口范围是：N ~ N+ngpio-1）

从内核空间中导出

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内核可以对已经被 gpio_request()申请的gpio的导出进行明确的管理。

/* 导出GPIO到用户空间的sysfs，当允许用户空间修改gpio的方向，第二个参数是真 */

int gpio_export(unsigned gpio, bool direction_may_change);

/* 撤销GPIO的导出 */

void gpio_unexport();

/* 创建到导出GPIO的 sysfs link ，第一个参数是在哪个dev下创建，第二个参数名字，第三个是gpio编号 */

int gpio_export_link(struct device *dev, const char *name, unsigned gpio)

/* 改变sysfs中GPIO节点的极性，也就是将高低电平的逻辑反转。可以在export之前和之后进行。之前设置的 enabled poll(2)也会相应改变 */

int gpio_sysfs_set_active_low(unsigned gpio, int value);

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以上内容是内核文档的内容，下面分析gpio_chip的内容，这是一个控制器。

48/**

49 * struct gpio_chip - 一个 GPIO 控制器的抽象

50 * @label: 诊断用的标签（名字）

51 * @dev: 可选的设备结构体

52 * @owner: 拥有者模块指针

53 * @request: 可选的激活回调函数，就像电源管理的接口一样。可以睡眠

55 * @free: 可选的释放回调函数，可以睡眠。

57 * @direction_input: 配置某个偏移对应的端口为输入引脚，可能返回错误。

58 * @get: 返回相应偏移引脚的值; 如果是输出引脚则返回输出引脚的状态，或者返回零。

60 * @direction_output: 配置输出引脚的输出值，或者返回错误

61 * @set: 设置指定引脚的输出值。

62 * @to_irq: 可选的回调函数，支持非静态的 gpio_to_irq()映射， 不可以睡眠 ;

64 * @dbg_show: 可选的 debugfs接口; 如果不设置，内核会使用默认函数赋给这个指针。

67 * @base: gpiogpio_chip所管理的第一个gpio的编号;如果注册期间是负值，将会动态申请一个值。

69 * @ngpio: GPIO控制器管理的IO数目，最后一个IO的号码是 (base + ngpio - 1).

71 * @can_sleep: 如果get()/set() 方法会睡眠这个标志必须被设置

73 * @names:如果设置了这个成员，它必须是大小为 ngpio的字符指针数组，每个成员可以指向相应引脚的特殊的名字，也可以为空。

name影响的是exportGPIO到sysfs的名字，如果不设置的话名字就是“gpioN”(N是IO对应的编号)。

当然这个成员可以不初始化。

gpio_chip使用offset（0～(ngpio - 1)）来分辨不同的引脚。

*/

struct gpio_chip {

91 const char *label;

92 struct device *dev;

93 struct module *owner;

94

95 int (*request)(struct gpio_chip *chip,

96 unsigned offset);

97 void (*free)(struct gpio_chip *chip,

98 unsigned offset);

99

100 int (*direction_input)(struct gpio_chip *chip,

101 unsigned offset);

102 int (*get)(struct gpio_chip *chip,

103 unsigned offset);

104 int (*direction_output)(struct gpio_chip *chip,

105 unsigned offset, int value);

106 int (*set_debounce)(struct gpio_chip *chip,

107 unsigned offset, unsigned debounce);

108

109 void (*set)(struct gpio_chip *chip,

110 unsigned offset, int value);

111

112 int (*to_irq)(struct gpio_chip *chip,

113 unsigned offset);

114

115 void (*dbg_show)(struct seq_file *s,

116 struct gpio_chip *chip);

117 int base;

118 u16 ngpio;

119 const char *const *names;

120 unsigned can_sleep:1;

121 unsigned exported:1;

122

123#if defined(CONFIG_OF_GPIO)

124 /*

125 * If CONFIG_OF is enabled, then all GPIO controllers described in the

126 * device tree automatically may have an OF translation

127 */

128 struct device_node *of_node;

129 int of_gpio_n_cells;

130 int (*of_xlate)(struct gpio_chip *gc, struct device_node *np,

131 const void *gpio_spec, u32 *flags);

132#endif

133};

gpio_chip的接口：

extern const char *gpiochip_is_requested(struct gpio_chip *chip,unsigned offset); 如果offet对应的gpio已经被申请了则返回NULL，否则返回lable指针或者“？？”

extern int __must_check gpiochip_reserve(int start, int ngpio);

将start开始的ngpio个编号保留

这个函数是在全局范围内预留一段编号，将来供某个gpio_chip使用。