【Linux筆記】Pinctrl子系統(tǒng)與GPIO子系統(tǒng)
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前言
之前我們已經(jīng)通過幾篇筆記來學(xué)習(xí)點(diǎn)燈了：
【Linux筆記】LED驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)（總線設(shè)備驅(qū)動(dòng)模型）
但之前的點(diǎn)燈實(shí)驗(yàn)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(fèi)時(shí)費(fèi)力而收獲較小的事情，換句話說就是性價(jià)比太低了。
我們在學(xué)習(xí)STM32的時(shí)候，ST都會(huì)給我們提供各種各樣的庫，這些庫就是對(duì)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(diǎn)個(gè)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(dòng)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(dòng)，這樣我們可以避免與寄存器打交道。
認(rèn)識(shí)pinctrl、gpio子系統(tǒng)
這兩個(gè)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(shí)際硬件掛鉤，比如：
在前幾個(gè)led驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中我們知道我們要操控一個(gè)引腳，我們需要配置兩個(gè)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(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)：iomuxc節(jié)點(diǎn)與iomuxc_snvs節(jié)點(diǎn)，它們都是用來描述IOMUXC模塊的。
其實(shí)這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)追加內(nèi)容。
追加的內(nèi)容就是實(shí)際引腳功能的配置及引腳參數(shù)信息配置，下面以一個(gè)led的控制引腳為例簡單分析一下：
這個(gè)宏中前三個(gè)值是寄存器的偏移地址，后兩個(gè)是寄存器的值，另一個(gè)寄存器的值就是設(shè)備樹文件里pinctrl_leds節(jié)點(diǎn)里的那個(gè)值，即：
下面再進(jìn)一步分析：
2、gpio子系統(tǒng)
這里需要重點(diǎn)關(guān)注如下兩個(gè)屬性：
gpio-controller; #gpio-cells = <2>;
gpio-controller;表明這個(gè)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)GPIO控制器，這個(gè)控制器下面有很多引腳。
#gpio-cells = <2>; 表示這個(gè)控制器下每一個(gè)引腳要用 2 個(gè) 32 位的數(shù)(cell)來描述，其中一個(gè)數(shù)(cell)用來表示引腳，另一個(gè)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(duì)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(dòng)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(dòng)實(shí)驗(yàn)
下面簡單看一些基于這兩個(gè)子系統(tǒng)的led驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)（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(diǎn)下添加如下led節(jié)點(diǎn)信息：
2、驅(qū)動(dòng)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 <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;
}
4、Makefile文件
5、驗(yàn)證
編譯設(shè)備樹文件、以模塊的方式編譯驅(qū)動(dòng)文件。并把編譯生成以下幾個(gè)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(gè)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(rèn)把文件上傳到根目錄。我們需要手動(dòng)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(shí)，led燈也對(duì)應(yīng)著亮、滅。
總結(jié)
以上就是關(guān)于Pinctrl及GPIO子系統(tǒng)的一點(diǎn)學(xué)習(xí)筆記，主要是從表層來認(rèn)識(shí)這兩個(gè)子系統(tǒng)，關(guān)于這兩個(gè)子系統(tǒng)的具體源碼實(shí)驗(yàn)并未深究。小編也是一位初學(xué)者，先從初學(xué)者的角度認(rèn)識(shí)這些概念、原理，之后深入時(shí)再分享出更深層的筆記。
最后
以上就是本次的實(shí)驗(yàn)分享。如有錯(cuò)誤，歡迎指出！謝謝
本篇筆記會(huì)同步至我的個(gè)人博客：https://www.lizhengnian.cn/中，歡迎來訪。
原創(chuàng)不易，期待您的在看、分享~
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