【原】【Linux筆記】Pinctrl子系統(tǒng)與GPIO子系統(tǒng)

嵌入式大雜燴 2021-08-20

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前言

之前我們已經(jīng)通過幾篇筆記來學習點燈了：

【Linux筆記】LED驅動程序

【Linux筆記】LED驅動實驗（總線設備驅動模型）

【Linux筆記】設備樹實例分析

但之前的點燈實驗我們都得去跟一些寄存器打交道,，如：

我們要配置寄存器,，肯定得去閱讀參考手冊查看相關的寄存器，如：

和寄存器打交道是一件費時費力而收獲較小的事情,，換句話說就是性價比太低了,。

我們在學習STM32的時候，ST都會給我們提供各種各樣的庫,，這些庫就是對寄存器操作的一些封裝,，我們調用那些庫函數(shù)就可以間接地操控寄存器。

我們就基本不用去查參考手冊了,，至少點個燈是不用去查手冊的,。

這些寄存器相關的代碼一般都是芯片原廠的工程師給我們寫好了，我們只要拿來用就可以了,。

同樣的，在嵌入式Linux開發(fā)中,，像上面幾篇筆記中的那幾種led驅動方式（與寄存器打交道）基本上是用不上的,，我們只是為了學習而學習。

Linux內核提供了pinctrl 和 gpio 子系統(tǒng)用于引腳的驅動,，這樣我們可以避免與寄存器打交道,。

認識pinctrl、gpio子系統(tǒng)

這兩個子系統(tǒng)是軟件上面的概念,，屬于Linux內核的一部分,。但最終要用起來，都是要與實際硬件掛鉤,，比如：

在前幾個led驅動實驗中我們知道我們要操控一個引腳,，我們需要配置兩個模塊的寄存器：GPIO模塊及IOMUXC模塊。

IOMUXC模塊是用來配置引腳功能及一些引腳參數(shù)（引腳速率,、上下拉等）,；GPIO模塊用于配置引腳的輸入輸出等。

其中,，pinctrl子系統(tǒng)管理的是IOMUXC模塊,；gpio子系統(tǒng)管理的是GPIO模塊。

下面簡單看一下這兩個子系統(tǒng)在設備樹代碼中的體現(xiàn)（以百問網(wǎng)的設備樹文件100ask_imx6ull-14x14.dts為例）：

1,、pinctrl子系統(tǒng)

可以看到這里有兩個節(jié)點：iomuxc節(jié)點與iomuxc_snvs節(jié)點,，它們都是用來描述IOMUXC模塊的。

其實這兩個節(jié)點是在imx6ull.dtsi文件中被創(chuàng)建的，這是NXP官方提供的,。在 100ask_imx6ull-14x14.dts文件中向這兩個節(jié)點追加內容,。

追加的內容就是實際引腳功能的配置及引腳參數(shù)信息配置，下面以一個led的控制引腳為例簡單分析一下：

這個宏中前三個值是寄存器的偏移地址,，后兩個是寄存器的值,，另一個寄存器的值就是設備樹文件里pinctrl_leds節(jié)點里的那個值，即：

下面再進一步分析：

2,、gpio子系統(tǒng)

這里需要重點關注如下兩個屬性：

gpio-controller; #gpio-cells = <2>;

gpio-controller;表明這個節(jié)點是一個GPIO控制器,，這個控制器下面有很多引腳。

#gpio-cells = <2>; 表示這個控制器下每一個引腳要用 2 個 32 位的數(shù)(cell)來描述,，其中一個數(shù)(cell)用來表示引腳,，另一個數(shù)(cell)用來表示有效電平或其它特性。如：

至此,，基于gpio子系統(tǒng)及pinctrl子系統(tǒng)的設備樹文件的代碼結構如下（圖片來自百問網(wǎng)）：

對于pinctrl信息,，有些芯片提供了生成工具。

（1）gpio子系統(tǒng)的API接口

設備樹用于描述設備相關的信息,，而我們的驅動獲得設備信息之后也要使用一些API接口來操控設備,。

gpio子系統(tǒng)已經(jīng)幫我們屏蔽掉了寄存器相關的操作，并給我們提供了一些API接口,，我們只要調用這些API接口就可以間接地操控相關寄存器,。

其有兩套API接口：基于描述符的(descriptor-based)、老的(legacy),。如：

其中使用基于描述符的(descriptor-based)的接口需要包含頭文件linux/gpio/consumer.h：

使用老的(legacy)接口需要包含頭文件linux/gpio.h：

led驅動實驗

下面簡單看一些基于這兩個子系統(tǒng)的led驅動實驗（相關代碼來自百問網(wǎng)）,。

1、設備樹文件

我們需要屏蔽掉百問開發(fā)板出廠自帶的設備樹文件（100ask_imx6ull-14x14.dts）中描述led設備相關的代碼,，并添加如下內容：

（1）在設備樹文件中添加如下Pinctrl信息：

（2）在設備樹文件根節(jié)點下添加如下led節(jié)點信息：

2,、驅動核心代碼

（1）匹配

（2）probe函數(shù)

匹配成功則執(zhí)行此函數(shù)從設備樹獲取設備信息：

（3）open函數(shù)

此函數(shù)設置引腳方向：

（4）write函數(shù)

此函數(shù)設置引腳輸出值：

3、應用代碼

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*
 * ./ledtest /dev/100ask_led0 on
 * ./ledtest /dev/100ask_led0 off
 */
int main(int argc, char **argv)
{
 int fd;
 char status;
 
 /* 1. 判斷參數(shù) */
 if (argc != 3) 
 {
  printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
  return -1;
 }

 /* 2. 打開文件 */
 fd = open(argv[1], O_RDWR);
 if (fd == -1)
 {
  printf("can not open file %s\n", argv[1]);
  return -1;
 }

 /* 3. 寫文件 */
 if (0 == strcmp(argv[2], "on"))
 {
  status = 1;
  write(fd, &status, 1);
 }
 else
 {
  status = 0;
  write(fd, &status, 1);
 }
 
 close(fd);
 
 return 0;
}