什么是Pinctrl子系統(tǒng)與GPIO子系統(tǒng)？

前言

大家好，我是LinuxZn。

之前我們已經(jīng)通過幾篇筆記來學(xué)習(xí)點燈了：

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(guān)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(xué)習(xí)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(diào)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(guān)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(qū)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(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)。

Linux內(nèi)核提供了pinctrl 和 gpio 子系統(tǒng)用于引腳的驅(qū)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(nèi)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(qū)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(shè)備樹代碼中的體現(xiàn)（以百問網(wǎng)的設(shè)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(nèi)容。

追加的內(nèi)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(shè)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(guān)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(shè)備樹文件的代碼結(jié)構(gòu)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(shè)備樹用于描述設(shè)備相關(guān)的信息，而我們的驅(qū)動獲得設(shè)備信息之后也要使用一些API接口來操控設(shè)備。

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

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

1、設(shè)備樹文件

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

（1）在設(shè)備樹文件中添加如下Pinctrl信息：

（2）在設(shè)備樹文件根節(jié)點下添加如下led節(jié)點信息：

2、驅(qū)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(shè)備樹獲取設(shè)備信息：

（3）open函數(shù)

此函數(shù)設(shè)置引腳方向：

（4）write函數(shù)

此函數(shù)設(shè)置引腳輸出值：

3、應(yīng)用代碼

#include
#include
#include
#include
#include
#include

/*
*./ledtest/dev/100ask_led0on
*./ledtest/dev/100ask_led0off
*/
intmain(intargc,char**argv)
{
intfd;
charstatus;

/*1.判斷參數(shù)*/
if(argc!=3)
{
printf("Usage:%s
",argv[0]);
return-1;
}

/*2.打開文件*/
fd=open(argv[1],O_RDWR);
if(fd==-1)
{
printf("cannotopenfile%s
",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);

return0;
}

4、Makefile文件

5、驗證

編譯設(shè)備樹文件、以模塊的方式編譯驅(qū)動文件。并把編譯生成以下幾個文件上傳到板子里：

100ask_imx6ull-14x14.dtb

leddrv.ko

ledtest

這里我們使用百問網(wǎng)開發(fā)的100ask_imx6ull_flashing_tool工具來上傳，如

也可以使用開發(fā)板掛載NFS來上傳這幾個文件，關(guān)于NFS可查看往期筆記：【Linux筆記】掛載網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)

100ask_imx6ull_flashing_tool工具默認把文件上傳到根目錄。我們需要手動把100ask_imx6ull-14x14.dtb文件拷貝到/boot目錄下并重啟。

測試結(jié)果如：

同時，led燈也對應(yīng)著亮、滅。

審核編輯：湯梓紅