Pinctrl子系统、GPIO子系统概念

Pinctrl概念：

无论是哪种芯片，都有类似图 16.1 的结构：

要想让 pinA 、 B 用于 GPIO ，需要设置 IOMUX 让它们连接到 GPIO 模块；

要想让 pinA 、 B 用于 I2C ，需要设置 IOMUX 让它们连接到 I2C 模块。

为了将人们从繁杂的寄存器设置工作中解放出来，就把引脚的复用、配置抽出来，做成 Pinctrl 子系统，给 GPIO 、 I2C 等模块使用。

从设备树开始学习 Pintrl 会比较容易。

这会涉及 2 个对象： pin controller 、 client device 。

前者提供服务：可以用它来复用引脚、配置引脚。

后者使用服务：声明自己要使用哪些引脚的哪些功能，怎么配置它们。

pin controller：

在芯片手册里找不到 pin controller ，它是一个软件上的概念，你可以认为它对应 IOMUX ──用来复用引脚，还可以配置引脚 ( 比如上下拉电阻等 ) 。

注意， pin controller 和 GPIO Controller 不是一回事，前者控制的引脚可用于 GPIO 功能、 I2C 功能；后者只是把引脚配置为输入、输出等简单的功能。即先用 pin controller 把引脚配置为 GPIO ，再用 GPIO Controler 把引脚配置为输入或输出。

client device：

“客户设备”，谁的客户？ Pinctrl 系统的客户，那就是使用 Pinctrl 系统的设备，使用引脚的设备。它在设备树里会被定义为一个节点，在节点里声明要用哪些引脚。

a) pin state：

对于一个“ client device ”来说，比如对于一个 UART 设备，它有多个“状态”：default 、 sleep 等，那对应的引脚也有这些状态。

怎么理解？

比如默认状态下， UART 设备是工作的，那么所用的引脚就要复用为 UART 功能。

在休眠状态下，为了省电，可以把这些引脚复用为 GPIO 功能；或者直接把它们配置输出高电平。

b) groups 和 function：

一个设备会用到一个或多个引脚，这些引脚就可以归为一组 (group) ；

这些引脚可以复用为某个功能： function。（复用功能的宏定义在arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h中）

当然：一个设备可以用到多组引脚，比如 A1 、 A2 两组引脚， A1 组复用为 F1 功能，A2 组复用为 F2 功能。

c) Generic pin multiplexing node 和 Generic pin configuration node

在上图左边的 pin controller 节点中，有子节点或孙节点，它们是给 client device 使用的。

◼ 可以用来描述复用信息：哪组 (group) 引脚复用为哪个功能 (function)；

◼ 可以用来描述配置信息：哪组 (group) 引脚配置为哪个设置功能 (setting)，比如上拉、下拉等。

注意： pin controller 节点的格式，没有统一的标准，每家芯片都不一样。甚至上面的 group 、 function 关键字也不一定有，但是概念是有的。

GPIO子系统概念：

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。

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。

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。

当pinctrl子系统配置引脚为GPIO模式后，才能用gpio子系统控制引脚。gpio 子系统是基于 pinctrl 子系统的，gpio 的 API 接口的实现很多都是基于 pinctrl 子系统的函数。

参考： https://www.bilibili.com/read/cv13931424/from=search&spm_id_from=333.337.0.0 出处：bilibili

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