Linux驱动学习—pinctl和gpio子系统

1、pinctl和gpio子系统（一）

1.1pinctrl 子系统主要工作内容

<1>获取设备树中 pin 信息，管理系统中所有的可以控制的 pin， 在系统初始化的时候， 枚举所有可以控制的 pin， 并标识这些 pin。
<2>根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的复用功能，对于 SOC 而言， 其引脚除了配置成普通的 GPIO 之外，若干个引脚还可以组成一个 pin group， 形成特定的功能。
<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。

对应使用者来说，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。

1.2gpio子系统主要工作内容

当使用 pinctrl 子系统将引脚的复用设置为 GPIO，可以使用 GPIO 子系统来操作GPIO，Linux 内核提供了 pinctrl 子系统和 gpio 子系统用于 GPIO 驱动。

通过 GPIO 子系统功能要实现：

<1>引脚功能的配置（设置为 GPIO，GPIO 的方向， 输入输出模式，读取/设置 GPIO 的值）
<2>实现软硬件的分离（分离出硬件差异， 有厂商提供的底层支持； 软件分层。 驱动只需要调用接口 API 即可操作 GPIO）
<3>iommu 内存管理（直接调用宏即可操作 GPIO）

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，然后就可以在驱动程序中使用 gpio 子系统提供的 API函数来操作 GPIO， Linux 内核向驱动开发者屏蔽掉了 GPIO 的设置过程，极大的方便了驱动开发者使用 GPIO。

1.3 不同soc厂家的pin contrller的节点

这些节点都是把某些引脚复用成功能。

1.4 不同soc厂家的pin contrller的节点里面的属性都是什么意思

可以通过在Documentation/devicetree/bindings/下的txt文档查看。

1.5 怎么在代码中使用pin contrller里面定义好的节点？

例1：

pinctrl-names = "default";//设备的状态，可以有多种状态，default为状态0
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;/*第0个状态所对应的引脚配置，也就是default状态对应的引脚在pin controller里面定义好的节点pinctrl_hog_1里面的管脚配置。*/

例2：

pinctrl-names = "default","wake up";//设备的状态，可以有多种状态，default为状态0,wake up为状态1,
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;/*第0个状态所对应的引脚配置，也就是default状态对应的引脚在pin controller里面定义好的节点pinctrl_hog_1里面的管脚配置。*/
pinctrl-1 = <&pinctrl_hog_2>;/*第1个状态所对应的引脚配置，也就是default状态对应的引脚在pin controller里面定义好的节点pinctrl_hog_2里面的管脚配置。*/

例3：

pinctrl-names = "default";//设备的状态，可以有多种状态，default为状态0,wake up为状态1,
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1 ? &pinctrl_hog_2>;/*第0个状态所对应的引脚配置，也就是default状态对应的引脚在pin controller里面定义好的节点pinctrl_hog_1和pinctrl_hog_2这两个节点的管脚配置。*/

1.6 总结

总结：之前控制引脚的方法都是操作配置寄存器：

现在可以不用这种方法，linux有现成的框架，这个框架就是pinctl子系统和gpio子系统，可以pinctl子系统设置引脚的复用功能，设置引脚的电气属性。

2、pinctl和gpio子系统（二）

上一个小节我们学习了pinctrl子系统，Linux内核提供了pinctrl子系统和gpio子系统用于GPIO驱动,当然pinctrl子系统负责不仅仅是GPIO的驱动，而是所有pin脚配置。pinctrl子系统是随着设备树的加入而加入的，依赖设备树。GPIO子系统在之前的内核也是存在的，但是pinctrl子系统的加入使得GPIO子系统有很大的改变。

在以前的内核版本中，如果要配置GPIO的话一般要使用SOC厂家实现的配置函数，例如三星的配置函数s3c_gpio_cfgpin等，这样带来的问题就是各家有个家的接口函数与是实现方式，不但内核的代码复用率低而且开发者很难记住这么多的函数，如果要使用多种平台的话背函数都是很麻烦的，所以在引入设备树后对GPIO子系统进行大的改造，使用设备树来实现并提供统一的接口。通过GPIO子系统功能主要实现引脚功能的配置，如设置为GPIO，特殊功能，GPIO的方向，设置为中断等。

那么我们先来看一下怎么在设备树中pinctrl和gpio子系统描述一个gpio。

2.1 设备树使用pinctrl和gpio子系统描述一个gpio

test1:test{
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    
    compatible = "test";
    reg = <0x20ac000 0x00000004>;//描述数据寄存器的地址
    
    pinctrl-names = "default";
    pintrl-0 = <&pinctrl_test>;
    test-gpio = <gpio1 3 GPIO_ACTICE_LOW>;//gpio 表示第一组，3表示第一组第三个引脚，GPIO_ACTICE_LOW表示低电平
};

2.2 常用的gpio子系统提供的api函数

这些函数的定义在include\linux\gpio.h

2.2.1 gpio_request函数

作用： gpio_request函数用于申请一个gpio管脚。

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)
参数：
gpio:要申请的gpio标号，使用of_get_named_gpio函数从设备树获取指定的GPIO属性信息，此函数会返回这个GPIO标号。
label：给gpio设置个名字。
返回值：0，申请成功，其他值申请失败。

2.2.2 gpio_free函数

作用：如果不使用某个GPIO了，那么就可以调用gpio_free函数进行释放。

void gpio_free(unsigned gpio);
参数:
gpio：要释放的gpio标号。
返回值：无

2.2.3 gpio_direction_input函数

作用：此函数用于设置某个GPIO为输入。

int gpio_direction_input(unsigned gpio);
参数：
gpio:要设置为输入的GPIO标号。
返回值：0，设置成功，其他值设置失败。

2.2.4gpio_direction_output函数

作用：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);
参数：
gpio:要设置为输出的GPIO标号。
value:GPIO默认输出值。
返回值：0，设置成功，设置失败返回负值。

2.2.5 gpio_get_value函数

作用：此函数用于获取某个GPIO的值（0或1）

int gpio_get_value(unsigned int gpio);
gpio:要获取的gpio标号
返回值：0，成功，失败返回负值。

2.2.5 gpio_set_value函数

作用：此函数用于获取某个GPIO的值（0或1）

void gpio_set_value(unsigned int gpio, int value);
gpio:要设置的gpio标号
value：要设置的值。
返回值：无。

2.3 总结

pinctl子系统的作用就是设置引脚的复用功能和电气属性。gpio子系统就是当pinctl子系统把引脚设置成GPIO功能以后就可以使用gpio子系统来操作我们引脚了，比如说设置输入、输出或者引脚的高低电平等等。

3、pinctl和gpio子系统（三）

pinctrl子系统就是设置引脚的复用关系和电气属性，gpio子系统就是当pinctrl把引脚设置成设置为gpio以后我们使用gpio子系统来操作gpio。

3.1 引脚的宏定义是在哪里找的

在arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h:

每个宏定义都对应一个管脚的复用功能。一个引脚有怎么多复用功能，但是只能使能一个，所以在设备树下需要检察是否有其他复用功能被使用，有就需要在设备树文件其他使用的地方注释掉：

3.2 实验

Linux驱动学习—设备树及设备树下的platform总线-CSDN博客

实现设备树学习中的7.3未实现的部分，即在probe函数注册一个杂项设备驱动用于对蜂鸣器的操作。这里对引脚的操作不是相之前一样对地址寄存器的操作实现gpio电平值的改变，而是通过gpio子系统的api函数是实现。

3.2.1 设备树文件修改

3.2.2 实验代码

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h> 
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
?
struct device_node *test_device_node;
struct property *test_node_property;
int size;
u32 out_values[2]={0};
const char *str=NULL;
unsigned int *vir_gpio_dr;
int beep_gpio = 0;
?
static const of_device_id of_match_table_test[] = {//匹配表
 ?  {.compatible = "test1234"},
};
?
static const platform_device_id beep_id_table ={
 ?  .name = "beep_test",
};
?
int misc_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("misc_open\n");
    return 0;
}
?
int misc_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("misc_relese\n");
    return 0;
}
?
ssize_t misc_read(struct file *file,char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{
    char kbuf[64] = "heheh";
    
    if(copy_to_user(ubuf, kbuf, strlen(kbuf)) != 0) {
        printk("copy_to_user error\n");
        return -1;
    }
    return 0;
}
?
ssize_t misc_wirie(struct file *file,char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{
    char kbuf[64] = {0};
    
    if(copy_form_user(kbuf, ubuf, strlen(kbuf)) != 0) {
        printk("copy_form_user error\n");
        return -1;
    }
    printk("kbuf is %s\n",kbuf);
    
    if(kbuf[0] == 1)
        get_set_value(beep_gpio, 1);
    else if(kbuf[0] == 0)
        get_set_value(beep_gpio, 0);
    
    return 0;
}
?
struct file_operations misc_fops = {
    .owner      = THIS_MODULE,
    .open       = misc_open,
    .release    = misc_release,
    .write      = misc_wirie,
    .read       = misc_read
};
?
struct miscdevice misc_dev = {
    .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
    .name  = hello_misc,
    .fops  = &misc_fops
};
?
/*设备树节点compatible属性与of_match_table_test的compatible相匹配就会进入该函数,pdev是匹配成功后传入的设备树节点*/
int beep_probe(struct platform_device *pdev)
{
 ?  int ret = 0;
 ?  printk("beep_probe\n");
 ? ?
 ?  //查找要查找的节点
 ?  test_device_node = of_find_node_by_path("/test");
 ?  if (test_device_node == NULL) {
 ? ? ?  printk("test_device_node find error\n");
 ? ? ?  return -1;
 ?  }
 ?  printk("test_device_node name is %s\n",test_device_node->name);//test
 ? ?
    beep_gpio = of_get_named_gpio(test_device_node, "beep-gpio", 0);
    if (beep_gpio < 0) {
        printk("of_get_named_gpio error\n");
        return -1;
    }
 ?  printk("beep_gpio name is %d\n",beep_gpio);
    
    ret = gpio_request(beep_gpio, "beep");
    if (ret < 0) {
        printk("gpio_request error\n");
        return -1;
    }
    
    ret = misc_register(&misc_dev);
    if (ret < 0) {
        printk("misc_register error\n");
        return -1;
    }
    
 ?  return 0;
}
?
int beep_remove(struct platform_device *pdev)
{
 ?  pritnk("beep_remove \n");
 ?  return 0;
}
?
strcut platform_driver beep_device = {
 ?  .probe = beep_probe,
 ?  .remove = beep_remove,
 ?  .driver = {
 ? ? ?  .owner = THIS_MODULE,
 ? ? ?  .name  = "123",
 ? ? ?  .of_match_table = of_match_table_test,//匹配表 
 ?  },
 ?  .id_table = &beep_id_table,
};
?
static int beep_driver_init(void)
{
 ?  int ret = -1;
 ?  ret = platform_driver_register(&beep_device);
 ?  if(ret < 0) {
 ? ? ?  printk("platform_driver_register error \n");
 ?  }
 ?  printk("platform_driver_register ok\n");
 ?  return 0;
}
?
static void  beep_driver_exit(void)
{
 ?  platform_driver_unregister(&beep_device);
 ?  printk("beep_driver_exit \n");
}
?
module_init(beep_driver_init);
module_exit(beep_driver_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

加载驱动，可以看到杂项设备节点生成，对这个设备节点写入1就表示引脚电平设置为高，，对这个设备节点写入0就表示引脚电平设置为低，

echo 1 > /dev/hello_misc
echo 0 > /dev/hello_misc