Linux驱动开发基础__gpio子系统重要概念_Linux

1 引入

要操作 gpio 引脚，先把所用引脚配置为 gpio 功能，这通过 pinctrl 子系统来实现。
然后就可以根据设置引脚方向(输入还是输出)、读值──获得电平状态，写值──输出高低电平。
以前我们通过寄存器来操作 gpio 引脚，即使 led 驱动程序，对于不同的板子它的代码也完全不同。
当 bsp 工程师实现了 gpio 子系统后，我们就可以：
⚫ 在设备树里指定 gpio 引脚
⚫ 在驱动代码中：使用 gpio 子系统的标准函数获得 gpio、设置 gpio 方向、读取/设置 gpio 值。
这样的驱动代码，将是单板无关的。

2 在设备树中指定引脚

在几乎所有 arm 芯片中，gpio 都分为几组，每组中有若干个引脚。所以在使用 gpio 子系统之前，就要先确定：它是哪组的？组里的哪一个？

在设备树中，“gpio 组”就是一个 gpio controller，这通常都由芯片厂家设置好。我们要做的是找到它名字，比如“gpio1”，然后指定要用它里面的哪个引脚，比如<&gpio1 0>。
有代码更直观，下图是一些芯片的 gpio 控制器节点，它们一般都是厂家定义好，在 xxx.dtsi 文件中：

我们暂时只需要关心里面的这 2 个属性：

gpio-controller; 
#gpio-cells = <2>;

⚫ “gpio-controller”表示这个节点是一个 gpio controller，它下面有很多引脚。
⚫ “#gpio-cells = <2>”表示这个控制器下每一个引脚要用 2 个 32 位的数(cell)来描述。
为什么要用 2 个数？其实使用多个 cell 来描述一个引脚，这是 gpio controller 自己决定的。比如可以用其中一个 cell 来表示那是哪一个引脚，用另一个 cell 来表示它是高电平有效还是低电平有效，甚至还可以用更多的cell 来示其他特性。
普遍的用法是，用第 1 个 cell 来表示哪一个引脚，用第 2 个 cell 来表示有效电平：

gpio_active_high ： 高电平有效 
gpio_active_low  :  低电平有效

定义 gpio controller 是芯片厂家的事，我们怎么引用某个引脚呢？在自己的设备节点中使用属性"[<name>-]gpios"，示例如下：

上图中，可以使用 gpios 属性，也可以使用 name-gpios 属性。

3 在驱动代码中调用gpio子系统

在设备树中指定了 gpio 引脚，在驱动代码中如何使用？也就是 gpio 子系统的接口函数是什么？
gpio 子系统有两套接口：基于描述符的(descriptor-based)、老的(legacy)。前者的函数都有前缀“gpiod_”，它使用 gpio_desc 结构体来表示一个引脚；后者的函数都有前缀“gpio_”，它使用一个整数来表示一个引脚。

要操作一个引脚，首先要 get 引脚，然后设置方向，读值、写值。驱动程序中要包含头文件，

#include <linux/gpio/consumer.h>   // descriptor-based 
或 
#include <linux/gpio.h>            // legacy

有前缀“devm_”的含义是“设备资源管理”(managed device resource)，这是一种自动释放资源的机制。它的思想是“资源是属于设备的，设备不存在时资源就可以自动释放”。
比如在 linux 开发过程中，先申请了 gpio，再申请内存；如果内存申请失败，那么在返回之前就需要先释放 gpio 资源。如果使用 devm 的相关函数，在内存申请失败时可以直接返回：设备的销毁函数会自动地释放已经申请了的 gpio资源。
建议使用“devm_”版本的相关函数。

假设备在设备树中有如下节点：

foo_device { 
    compatible = "acme,foo"; 
    ... 
    led-gpios = <&gpio 15 gpio_active_high>, /* red */ 
          <&gpio 16 gpio_active_high>, /* green */ 
          <&gpio 17 gpio_active_high>; /* blue */ 
    power-gpios = <&gpio 1 gpio_active_low>; 
  };

那么可以使用下面的函数获得引脚：

struct gpio_desc *red, *green, *blue, *power; 
 
red = gpiod_get_index(dev, "led", 0, gpiod_out_high); 
green = gpiod_get_index(dev, "led", 1, gpiod_out_high); 
blue = gpiod_get_index(dev, "led", 2, gpiod_out_high); 
power = gpiod_get(dev, "power", gpiod_out_high);

注意：gpiod_set_value 设置的值是“逻辑值”，不一定等于物理值。什么意思？

旧的“gpio_”函数没办法根据设备树信息获得引脚，它需要先知道引脚号。引脚号怎么确定？
在 gpio 子系统中，每注册一个 gpio controller 时会确定它的“base number”，那么这个控制器里的第 n 号引脚的号码就是：base number + n。
但是如果硬件有变化、设备树有变化，这个 base number 并不能保证是固定的，应该查看 sysfs 来确定 base number。