GPIO子系统

GPIO子系统是 Linux 内核中用于管理和控制通用输入/输出引脚的核心框架，它为开发者提供了统一的接口来操作硬件上的 GPIO 引脚，使用前需要用pinctrl将该引脚的复用配置成GPIO

驱动架构

GPIO子系统的驱动同样遵循着“主机驱动和设备驱动分离”和“驱动分层”的思想，分为主机驱动层、核心层、设备驱动层

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主机驱动层

主机（GPIO控制器）驱动一般由原厂提供，且也作为设备树中的一个节点

SoC内部对于GPIO一般都有专门的控制器外设，它直接位于SoC的内存空间，通过配置该外设的寄存器，从而控制某个具体的GPIO

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/{
	soc{
        aips1{
        	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>;
			};
        }
	}
}

核心层

核心层向下为主机端驱动提供了注册GPIO控制器的API；向上给设备驱动层提供了控制GPIO的API

内核对于GPIO的操作有2套API：

  • gpio_*：用GPIO编号（int变量）描述一个GPIO（正逐步移除）
  • gpiod_*：用struct gpio_desc描述一个GPIO
功能 旧版 API (gpio_*) 新版 API (gpiod_*)
申请 GPIO gpio_request() gpiod_get()
释放 GPIO gpio_free() gpiod_put()
设置方向 gpio_direction_input() gpiod_direction_input()
读写电平 gpio_get/set_value() gpiod_get/set_value()
中断绑定 gpio_to_irq() gpiod_to_irq()
依赖头文件 <linux/gpio.h> <linux/gpio/consumer.h>

申请单个GPIO

1.旧版API：需要手动指定gpio编号或者从设备树中读取

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// 从设备树中获取GPIO编号
led_device->gpio_index = of_get_named_gpio(led_device->device_tree_node, "led-gpio", 0);
gpio_request(led_device->gpio_index, "led0");

2.新版API(1)

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struct gpio_desc *gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id, enum gpiod_flags flags);
  • 如果 con_id 为 NULL，直接查找 gpios 属性
  • 如果 con_id 非 NULL，查找 "<con_id>-gpios" 属性（如 "led-gpios"）

新版API(2)

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struct gpio_desc *gpiod_get_from_of_node(
    struct device_node *node,
    const char *propname, // 自定义属性名（如 "my-gpios"）
    int index,
    enum gpiod_flags flags,
    const char *label
);

新版gpiod*的API在早期内核比如4.1.15适配还不是很好，没调成功

设备驱动层

设备驱动层要用在设备树中加入GPIO属性，举个例子

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beep {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    compatible = "beep";
    status = "okay";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_beep>;
    beep-gpio = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

与GPIO子系统相关的属性为beep-gpio = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;一般遵循以下格式：

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gpio-name = <&gpio_controller pin_number flags>
// flags: GPIO_ACTIVE_HIGH/LOW

调试

1.ls /sys/class/gpio可以看本机的gpio控制器的信息，后面的数字代表该控制器的基号

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export       gpiochip128  gpiochip64   unexport
gpiochip0    gpiochip32   gpiochip96

gpiochipX目录的结构如下：

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/sys/devices/platform/soc/2000000.aipsbus/20a4000.gpio/gpio/gpiochip64$:ls
base       device     label      ngpio      power      subsystem  uevent
  • ngpio：该控制器所含的引脚数量
  • base：该控制器的基号：所管理的第一个GPIO引脚在全局GPIO编号空间中的起始偏移量
  • 操作GPIO时，需要用其