45 pinctrl子系统和 gpio子系统

文章目录

一、6ull 的 gpio 使用步骤
二、pinctrl子系统
三、gpio 子系统
四、驱动编写
五、总结
六、相关函数

一、6ull 的 gpio 使用步骤

1、设置 pin 的复用和电气属性（通过 pinctrl 子系统 ）
2、配置 gpio 的输入输出，高低电平（通过 GPIO子系统）

二、pinctrl子系统

pinctrl 和 gpio 子系统详解

借助 pinctrl子系统 来设置一个 pin 的复用和 电气属性
打开文件 imx6ull.dtsi：

// 详见 imx6ull.dtsi 参考手册 176,1542
iomuxc: iomuxc@020e0000 {    // 这个结点表示 IO控制器 外设// compatible属性用来匹配pinctrl驱动compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc";// 此为寄存器地址范围，此地址范围的寄存器控制每个 pin 的复用和电气属性// 基地址，大小reg = <0x020e0000 0x4000>;
};
// gpr 控制器，详见 imx6ull.dtsi 参考手册 1475
gpr: iomuxc-gpr@020e4000 {compatible =    "fsl,imx6ul-iomuxc-gpr","fsl,imx6q-iomuxc-gpr", "syscon";reg = <0x020e4000 0x4000>;
};......
// iomuxc_snvs 控制器，详见 imx6ull.dtsi 参考手册 1495
iomuxc_snvs: iomuxc-snvs@02290000 {compatible = "fsl,imx6ull-iomuxc-snvs";reg = <0x02290000 0x10000>;
};

打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件：

// 对节点 iomuxc 进行追加
// 追加方式：&标签名
&iomuxc {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;imx6ul-evk {  // evk 是官方开发板pinctrl_hog_1: hoggrp-1 {fsl,pins = <MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 0x17059 /* SD1 CD */MX6UL_PAD_GPIO1_IO05__USDHC1_VSELECT    0x17059 /* SD1 VSELECT */MX6UL_PAD_GPIO1_IO09__GPIO1_IO09        0x17059 /* SD1 RESET */>;};...pinctrl_i2c2: i2c2grp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_UART5_TX_DATA__I2C2_SCL 0x4001b8b0MX6UL_PAD_UART5_RX_DATA__I2C2_SDA 0x4001b8b0>;};pinctrl_lcdif_dat: lcdifdatgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_LCD_DATA00__LCDIF_DATA00  0x79MX6UL_PAD_LCD_DATA01__LCDIF_DATA01  0x79...>;};...};
};

pinctrl 子系统就是：创建一个 设备子节点 ，然后 将此设备所用 pin 的配置信息 都放到 这个子节点 里面
注意格式：存放 pin 配置信息的属性名一定要是 fsl,pins
如何添加一个 pin 的配置信息
如 MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19

fsl,pins = <MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19    0x17059 /* SD1 CD */MX6UL_PAD_GPIO1_IO05__USDHC1_VSELECT    0x17059 /* SD1 VSELECT */MX6UL_PAD_GPIO1_IO09__GPIO1_IO09        0x17059 /* SD1 RESET */>;

在 imx6ul-pinfunc.h 中找到

/** The pin function ID is a tuple of* <mux_reg conf_reg input_reg mux_mode input_val>*/

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

mux_reg	conf_reg	input_reg	mux_mode	input_val
0x0090	0x031C	0x0000	0x5	0x0

iomuxc 节点 首地址 为 0x020e0000 ，0x0090 是偏移地址，UART1_RTS_B 绝对地址为 0x020e0090（imx6ull参考手册 1581）
muxmode：5 表示复用为 GPIO1_IO19

conf_reg：0x031C，相对于基地址的偏移，0x020e0000 + 0x031c = 0x020e031c ，这个地址寄存器是 UART1_RTS_B 的电气属性配置寄存器，0x17059 是写给此寄存器来配置电气属性的
input_reg ：0，偏移为 0，表示 UART1_RTS_B 这个 pin 没有 input 功能
input_val：0，写给 input_reg 寄存器的值，但是这个 pin 没有

pinctrl 驱动工作原理简介
如何找到 imx6ull 对应的 pinctrl 子系统驱动（半导体厂商写好的）
使用节点的 compatible 属性
驱动文件里面有一个描述 驱动兼容性 的内容，当设备树节点的 compatible 属性 和 驱动里面的兼容性（也是字符串）匹配时，就表示设备和驱动匹配了，表示设备可以使用该驱动文件
所以只需要全局搜索设备节点里面的 compatible 属性的值即可找到那个文件，为 /driver/pinctrl/freescale/pinctrl-imx6ul.c，注意其中的 of_device_id 结构体

static struct of_device_id imx6ul_pinctrl_of_match[] = {{ .compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc", .data = &imx6ul_pinctrl_info, },{ .compatible = "fsl,imx6ull-iomuxc-snvs", .data = &imx6ull_snvs_pinctrl_info, },{ /* sentinel */ }
};

因此设备树中的对应节点使用的驱动是此文件
当驱动和设备节点匹配以后，会执行 probe类函数：imx6ul_pinctrl_probe

三、gpio 子系统

使用 gpio 子系统 来操作 gpio

&usdhc1 {pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc1>;  // 此设备相关的io有这3个pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc1_100mhz>;pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc1_200mhz>;cd-gpios = <&gpio1 19 GPIO_ACTIVE_LOW>;keep-power-in-suspend;enable-sdio-wakeup;vmmc-supply = <&reg_sd1_vmmc>;status = "okay";
};

定义了一个 cd-gpios 属性，属性名自取。属性值描述 io 信息
参考设备绑定文档：devicetree/binfings/gpio/fsl-gpio.txt
此处使用 gpio1_io19
打开参考手册 1357
cd-gpios = <&gpio1 19 GPIO_ACTIVE_LOW>; ：&gpio 表示使用 gpio1 这一组，19 表示第19个 pin，GPIO_ACTIVE_LOW 是个宏，值为1，表示低电平有效
imx6ull.dtsi 中的 gpio1 节点

gpio1: gpio@0209c000 {compatible = "fsl,imx6ul-gpio", "fsl,imx35-gpio";reg = <0x0209c000 0x4000>;interrupts = <GIC_SPI 66 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,<GIC_SPI 67 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;gpio-controller;#gpio-cells = <2>;interrupt-controller;#interrupt-cells = <2>;};

1、获取gpio所处的设备节点 of_find_node_by_path
2、获取 gpio 编号，of_get_named_gpio ，（int型）
3、申请一个 GPIO 管脚，gpio_request
4、设置 gpio，输入或输出，
gpio_direction_input 或 gpio_direction_output
若设置成输入，gpio_get_value 读取某个值
若设置成输出，gpio_set_value 设置输出值
gpiolib
两部分，一部分是给原厂编写 gpio底层驱动的，一部分给驱动开发人员使用 gpio 操作函数的
使用 gpiochip_add 向系统添加 gpio_chip，这些都是半导体原厂做的，这部分就是最底层的 gpio 驱动
gpio驱动
在 drivers/gpio 目录下，gpio-xxx.c 文件 为具体的芯片的驱动文件（最底层）：gpio_mxc.c
gpiolib位于应用层api 和底层驱动之间，gpiochip_add add的是一个 gpio_chip 结构体，这个结构体里面包含了底层gpio的操作方法，操作gpio时最终都是调用这个结构体里面的成员函数
全局搜索某节点的 compatible属性值，就能找到它的驱动文件

// gpio-muxc.c gpio 的 各个控制寄存器偏移地址
static struct mxc_gpio_hwdata imx35_gpio_hwdata = {.dr_reg     = 0x00,.gdir_reg   = 0x04,.psr_reg    = 0x08,.icr1_reg   = 0x0c,.icr2_reg   = 0x10,.imr_reg    = 0x14,.isr_reg    = 0x18,.edge_sel_reg   = 0x1c,.low_level  = 0x00,.high_level = 0x01,.rise_edge  = 0x02,.fall_edge  = 0x03,
};

函数调用流程
mxc_gpio_probe
-> mxc_gpio_get_hw 获取 6ull 的 gpio控制寄存器组的地址
-> bgpio_init （重点）初始化 gpio_chip 结构体
-> gpio_add 想内核添加 gpio_chip

四、驱动编写

1、修改设备树
参考 imx6ul-pinfunc.h
访问 iomuxc 节点，在其下添加节点

pinctrl_gpiobeep: beepgrp {fsl,pins = </*MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x10b0*/MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 0x10b0>;};

在 根结点下添加节点

gpiobeep {compatible = "alientek,gpiobeep" ; // 其实用不到这个compatible 属性pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_gpiobeep>; // pin 的 配置信息// 此项属性用来获取 gpio 编号beep-gpios = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;status = "okay";};

2、驱动

#include<linux/module.h>
#include<linux/kernel.h>
#include<linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include<linux/slab.h>
#include<linux/io.h>
#include<linux/uaccess.h>
#include<linux/cdev.h>
#include<linux/device.h>
#include<linux/of.h>
#include<linux/of_address.h>
#include<linux/of_irq.h>
#include<linux/gpio.h>
#include<linux/of_gpio.h>#define GPIOBEEP_DEVID_CNT 1
#define GPIOBEEP_NAME    "gpiobeep"
#define BEEP_OFF 0
#define BEEP_ON 1extern struct gpiobeep_dev gpiobeep;// 自定义 beep设备类型，描述一个 beep 的信息
struct gpiobeep_dev
{dev_t devid; // 设备号u32 major;u32 minor;struct cdev cdev; // 用于注册字符设备struct class *class; // 用于自动创建设备节点，注意成员变量类型是结构体指针struct device *device; // 用于自动创建设备节点，注意成员变量类型是结构体指针struct device_node *nd; // 用来表示设备树中的一个节点，用于获取设备树信息int beep_gpio; // gpio 标号
};  // 数据类型定义一定要放在最前面static ssize_t beep_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{int ret;u8 databuf;struct gpiobeep_dev *dev = filp->private_data;ret = copy_from_user(&databuf, buf, count); // 从 用户空间 到 内核空间if(ret < 0){printk("%d:--------------\r\n", __LINE__);return -1;}if(databuf == BEEP_OFF) // 蜂鸣器不响{gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1);}else if(databuf == BEEP_ON) // // 蜂鸣器响{gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0);}return 0;
}static int beep_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{// 其它操作集成员函数都可以通过 filp->private_data 来访问 beep类型结构体filp->private_data = &gpiobeep;return 0;
}static int beep_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}// 操作集函数
static const struct file_operations gpiobeep_fops =
{.owner = THIS_MODULE,.write = beep_write,.open = beep_open,.release = beep_release,
};struct gpiobeep_dev gpiobeep;// 驱动入口函数
static int __init beep_init(void)
{int val;int ret = 0;// 注册字符设备//1 获取设备号gpiobeep.major = 0;if(gpiobeep.major){gpiobeep.devid = MKDEV(gpiobeep.major, 0); // 次设备号设为0// 注册自己指定的设备号ret = register_chrdev_region(gpiobeep.devid, GPIOBEEP_DEVID_CNT, GPIOBEEP_NAME);}else{// 系统分配设备号，就不要再向系统注册了ret = alloc_chrdev_region(&gpiobeep.devid, 0, GPIOBEEP_DEVID_CNT, GPIOBEEP_NAME);gpiobeep.major = MAJOR(gpiobeep.devid);gpiobeep.minor = MINOR(gpiobeep.devid);}if(ret < 0){printk("%d:-------fail--------\r\n", __LINE__);goto fail_devid;}printk("%d: gpiobeep.devid = %u\r\n", __LINE__, gpiobeep.devid);printk("%d: gpiobeep.major = %u\r\n", __LINE__, gpiobeep.major);printk("%d: gpiobeep.minor = %u\r\n", __LINE__, gpiobeep.minor);// 2 初始化 cdev结构体，注册字符设备gpiobeep.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&gpiobeep.cdev, &gpiobeep_fops); // 注意两个参数都是结构体指针ret = cdev_add(&gpiobeep.cdev, gpiobeep.devid, GPIOBEEP_DEVID_CNT);if(ret){printk("%d:-------fail--------\r\n", __LINE__);goto fail_cdevadd;}// 3 自动创建设备节点// 一个 class结构体, 一个 device结构体 ,注意这两个结构体是以指针的形式存在于 自定义beep结构体 中的// 3.1 创建 class结构体gpiobeep.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOBEEP_NAME);if(IS_ERR(gpiobeep.class)){ret = PTR_ERR(gpiobeep.class);goto fail_class;}// 3.2 创建 device结构体 // 第一个 NULL 表示副设备,  第二个 NULL 表示 drvdatagpiobeep.device = device_create(gpiobeep.class, NULL, gpiobeep.devid, NULL, GPIOBEEP_NAME);// IS_ERR include/linux/err.hif(IS_ERR(gpiobeep.device)){ret = PTR_ERR(gpiobeep.device);goto fail_device;}// 4. 获取 设备树节点 gpiobeep.nd = of_find_node_by_path("/gpiobeep");if(gpiobeep.nd == NULL){ret = -1;goto fail_findnd;}// 5 获取 beep 对应的 gpio 标号，第二个参数属性名要和设备树文件中的一致gpiobeep.beep_gpio = of_get_named_gpio(gpiobeep.nd, "beep-gpios", 0);if(gpiobeep.beep_gpio < 0){ret = -1;printk("%d:-------fail--------\r\n", __LINE__);goto fail_findnd;}printk("%d:beep_gpio num = %u\r\n", __LINE__, gpiobeep.beep_gpio);// 6 申请 gpio 标号ret = gpio_request(gpiobeep.beep_gpio, "beep-gpio");if(ret){printk("%d:---------fail-----------\r\n", __LINE__);ret = -1;goto fail_findnd;}// 7 申请 gpio 标号 ret = gpio_direction_output(gpiobeep.beep_gpio, 1);if(ret){printk("%d:---------fail------------\r\n", __LINE__);ret = -1;goto fail_findsetdir;}//8 设置 GPIO 输出低电平gpio_set_value(gpiobeep.beep_gpio, 0);return 0;fail_findsetdir: // 释放 gpio标号gpio_free(gpiobeep.beep_gpio);
fail_findnd: // 删除设备device_destroy(gpiobeep.class, gpiobeep.devid);
fail_device: // 删除类class_destroy(gpiobeep.class);
fail_class: // 删除字符设备cdev_del(&gpiobeep.cdev);
fail_cdevadd: // 释放设备号unregister_chrdev_region(gpiobeep.devid, GPIOBEEP_DEVID_CNT);
fail_devid:printk("%d:---------------\r\n", __LINE__);return ret;
}// 驱动出口函数
static void __exit beep_exit(void)
{// 退出驱动时关闭蜂鸣器gpio_set_value(gpiobeep.beep_gpio, 1);// 删除字符设备cdev_del(&gpiobeep.cdev);// 释放设备号unregister_chrdev_region(gpiobeep.devid, GPIOBEEP_DEVID_CNT);// 删除设备device_destroy(gpiobeep.class, gpiobeep.devid);// 删除类class_destroy(gpiobeep.class);// 释放 gpio 标号gpio_free(gpiobeep.beep_gpio);
}module_init(beep_init);
module_exit(beep_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

五、总结

1、添加 pinctrl 信息
在 iomuxc 结点下的 imx6ul-evk 子节点下，创建一个新的节点
这个新的节点表示某一外设所用到的所有 pin 的配置信息（复用和电气属性）

pinctrl_gpiobeep: beepgrp {   // 节点标签一定要是 “pinctrl_xxx”fsl,pins = <    // 属性名一定要是 “fsl,pins”MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x10b0/*MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 0x10b0*/>;};

2、检查当前设备树中要使用的 IO 是否被其他设备使用，若有则要进行处理（屏蔽或者禁用）
3、添加设备节点
在设备节点中创建一个属性，此属性所使用的 GPIO

gpiobeep {compatible = "alientek,gpiobeep" ;pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_gpiobeep>;      <----- 蜂鸣器 pin 的配置信息led-gpios = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;   <----- 由此属性知道使用哪个 GPIOstatus = "okay";};

4、编写驱动，获取对应的 GPIO 编号，申请 IO，成功以后使用 GPIO子系统提供的 API函数来操作 GPIO

六、相关函数

1、int of_get_named_gpio (struct device_node *np, const char *propname, int index)
描述：用于获取 gpio编号
np ：设备节点结构体指针
propname ：包含要获取 GPIO 信息的属性名（要和设备书中的属性名一致）
index ：gpio索引，因为一个属性里面可能包含多个 GPIO，此参数指定要获取哪个 GPIO 的编号，若只有一个 GPIO信息的话，此参数为 0
返回值：正值，获取到的 gpio编号。负值，失败
2、int gpio_request (unsigned gpio, const char *label)
描述：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
gpio ：要申请的 gpio标号
label ：给 gpio 设置一个名字
返回值：0，申请成功。其他值，申请失败
若申请失败，一般都是因为这个 pin 被占用了
例如：开发板上的 led 使用的 gpio 是 gpio1 io03，检查设备树文件 dts

&tsc {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_tsc>;xnur-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;          <----- 此行要注释掉measure-delay-time = <0xffff>;pre-charge-time = <0xfff>;status = "okay";
};...pinctrl_tsc: tscgrp {fsl,pins = <MX6UL_PAD_GPIO1_IO01__GPIO1_IO01  0xb0MX6UL_PAD_GPIO1_IO02__GPIO1_IO02    0xb0MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03    0xb0    <----- 此行要注释掉MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__GPIO1_IO04    0xb0>;
};

3、void gpio_free (unsigned gpio)
描述：若不使用某个 GPIO 了，那么就要调用此函数进行释放
gpio ：要释放的 gpio 标号
4、int gpio_direction_input (unsigned gpio)
描述：此函数用于设置某个 gpio 为输入
gpio ：要设置为输入的 GPIO 标号
返回值：0，设置成功；负值，设置失败
5、int gpio_direction_output (unsigned gpio, int value)
描述：此函数用于设置某个 gpio 为输入，并且设置默认值
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；负值，设置失败
6、#define gpio_get_value __gpio_get_value
int __gpio_get_value (unsigned gpio)
描述：此函数用于获取某个 GPIO 的值(0 或 1)，此函数是个宏
gpio ：要获取的 GPIO 标号
返回值：非负值，得到的 GPIO 值；负值，获取失败
7、#define gpio_set_value __gpio_set_value
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
描述：此函数用于设置某个 GPIO 的值，此函数是个宏
gpio ：要设置的 GPIO 标号
value ：要设置的值
8、int of_gpio_named_count(struct device_node *np, const char *propname)
描述：用于获取设备树某个属性里面定义了几个 GPIO 信息，要注意的是空的 GPIO 信息也会被统计到

np ：设备节点
propname ：要统计的 gpio 属性
返回值：正值，统计到的 GPIO 数量。负值，失败
9、int of_gpio_count(struct device_node *np)
描述：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
np ：设备节点
返回值：正值，统计到的 GPIO 数量；负值，失败