作者|赵庆尧随着Linux内核代码的逐步完善，GPIO口的操作界面也在不断完善。内核中有多种GPIOAPI接口。我们如何使用这些API接口呢？我们如何在设备树中配置GPIO？目前的内核提供了三个版本的API接口供我们使用，分别是Pinctrl子系统对应的API接口和GPIO子系统对应的API接口（GPIO子系统提供了两类API接口）。在这篇文章中，我将从内核中的GPIO架构的角度来说明这三类API接口；GPIO控制，除了需要相应的API接口外，还需要通过设备树对GPIO进行配置。虽然不同架构下设备树的配置方法不同，但本文也会在相应的代码中说明如何配置设备树以及如何使用。API接口；最后说明一下我们可以使用的调试方法。1.内核GPIO架构下图是内核中GPIO架构核心部分的框架图（GPIO架构对应的sysfs和debugfs暂时不考虑）：图1：GPIO架构下面重点从上图上部可以看出要点信息：内核提供了两种控制管脚的方式，一种是使用Pinctrl子系统，一种是使用GPIO子系统（本系统有两种方式，将在以下部分中解释），并且用户可以编写驱动程序。调用这两个子系统提供的API接口，达到控制GPIO口的目的；GPIO子系统的功能是通过Pinctrl子系统实现的。虽然从图中可以看出Pinctrl子系统和GPIO子系统并存，但是内核需要管理所有的GPIO口，所以需要一个统一的管理接口或者模块，而Pinctrl就完成了这个统一管理的目标。比如我们在使用GPIO子系统的API接口gpio_request申请一个GPIO端口时，内核需要记录哪些GPIO端口已经申请了。如果Pinctrl子系统和GPIO子系统各自维护一套GPIO管理策略，可能会导致Pinctrl子系统和GPIO子系统同时操作同一个GPIO口显然是不可行的，从中可以看出高通平台内核代码gpio_request有如下调用关系：gpio_request--->gpiod_request---->gpiod_request_commit-->chip->request（系统启动时设置为gpopchip_generic_request）---->pinctrl_gpio_request从GPIO子系统的API函数gpio_request的调用关系最终调用Pinctrl子系统的函数pinctrl_gpio_request。这个调用关系也印证了Pinctrl和GPIO子系统的关系。对于其他接口，如gpio_direction_input、gpio_set_value等函数，与gpio_request类似。最后分别调用到对应的chip->direction_input、chip->set，然后调用pinctrl_gpio_direction_input等函数。由于此类API函数较多，此处不再展示调用关系；内核使用结构体structpinctrl_dev来表示一个controller，所有的pinctrl_dev会组成一个链表，链表的头部是pinctrlldev_list。pinctrl_gpio_request函数内部会调用pinctrl_get_device_gpio_range函数根据GPIO编号pinctrldev_list遍历链表找到GPIO端口对应的pinctrl_dev。当然，这部分工作是由系统维护的。我们只需要知道整个框架以及如何使用GPIO的整个子系统即可。注：从我目前看到的代码来看，有些厂商在实现GPIO子系统时，并不是所有的功能都通过Pinctrl子系统，但是gpio_request会通过Pinctrl子系统，因为Pinctrl子系统会标记哪些GPIO被请求过，所以后续模块使用request继续申请该资源会失败；不过大家可以放心，即使它的部分功能没有经过Pinctrl子系统，它提供给驱动模块的API接口也不会受到影响。2、在用户驱动中控制GPIO在编写驱动时，可以采用以下两种方式进行设置：Pinctrl方式，最终使用Pinctrl子系统实现各种功能；GPIO子系统接口的使用方法，其实有两种方式，分别是legacy和gpiodescription。但在当前内核中，gpio描述会在legacy内部被调用。在接下来的内容中，我将以遗留方式来说明使用方法。Pinctrl控制pin方式下面我将以高通平台Pinctrl的方式讲解其代码和设备树配置。我们先来看看设备树：&tlmm{client1_state1:client1_state1{mux{pins="gpio0";function="gpio";};config{pins="gpio0";bias-disable;drive-strength=<2>;输入启用；}；}；client1_state2：client1_state2{mux{pins=“gpio0”；function=“gpio”；}；config{pins=“gpio0”；偏置禁用；驱动强度=<2>；输出-高;};};};&soc{client1{pinctrl-names="state1","state2";pinctrl-0=<&client1_state1>;pinctrl-1=<&client1_state2>;};};上面是一个典型的设备树配置，包含两个节点，分别是tlmm中的pin配置和我们的设备client1。tlmm中定义了两个GPIO状态，即GPIO0作为输入功能，GPIO0作为输出功能。不同平台的设备树中的配置方法不同，但都需要像上面的设备树一样分两部分进行配置：引脚功能配置，是作为普通的GPIO口使用还是复用到其他功能中；管脚驱动配置，包括管脚内部的上拉或下拉，驱动能力等，接下来我们看看在代码中是如何操作的。操作需要按如下顺序进行：先调用devm_pinctrl_get或pinctrl_get函数获取对应的structpinctrl*；然后调用pinctrl_lookup_state(structpinctrl*p,constchar*name)name得到对应的配置；最后我们使用函数pinctrl_select_state(structpinctrl*p,structpinctrl_state*state)来选择状态。选择某个状态就是设置对应的pin，这个pin的request操作是在这个函数内部完成的，会调用pin_request申请，调用这个函数后pin的状态就是devicetree设备的状态在device中，如上图devicetree，client1_state1对应的pin使用了它的GPIO功能，配置为输入（在devicetree中通过input-enable配置），client1_state2对应的pin也使用了它的GPIO功能，并配置为输出高电平（通过设备树中的输出高电平配置）。使用GPIO子系统&soc{client1{qcom,gpio-client1=<&tlmm1000>;//100是GPIO编号}这个方法在设备树的配置上比较简单，代码操作如下：使用函数of_get_named_gpio(node,"qcom,gpio-client1",0)获取GPIO编号.接下来是最重要的一步，调用函数gpio_request进行GPIO请求操作。最后该函数会通过Pinctrl接口间接调用pin_request申请pin。有一次工作粗心，忘记了request操作，结果发现GPIO也可能正常工作，但是会出现工作不稳定的情况；然后可以调用函数gpio_direction_input或gpio_direction_output来配置GPIO的输入或输出模式，gpio_direction_output调用的同时可以设置输出高电平或输出低电平；如果配置位输入模式，可以使用函数gpio_get_value获取GPIO端口的状态。如果该引脚需要配置为中断功能，我们需要使用函数irq=gpio_to_irq(gpio)获取irq号，根据irq号进行相应的中断配置。通过以上两种方式，我们可以发现拼ctrl的设备树很复杂，但是API接口很简单。它只需要通过函数pinctrl_select_state在设备树中选择某个配置即可。GPIO子系统的方式就是设备树简单，但是代码复杂。设备树中只配置了GPIO编号，其他如GPIO的方向、输出信号等需要通过代码设置。这正是不同的API接口和它们的设备树之间的区别。的优点和缺点。3.GPIO调试不同平台的调试方法可能存在一些差异。比如MTK的不同平台会有差异。这里介绍一个常用的需要debugfs支持的方法。我们在编译内核的时候，需要配置相应的debugfs宏来开启这个功能。只有配置好相应的宏后，我们才能进入机器的/sys/class/gpio来操作GPIO口。下面是对应的操作顺序：cd/sys/class/gpio/echo99>export（这里的99代表pin号，准确的说，回显的时候应该使用对应pingpio_request获取的值）cdgpio99echoin/out>direction//设置GPIO输入或输出cat方向//获取GPIO输入输出状态echo0/1>value//下拉或上拉对应GPIO端口cat值//查看高低状态GPIO端口4.小结希望大家通过本文能够了解内核中GPIO的机制，掌握其操作方法，但需要说明的是，在内核之前的阶段也会进行管脚配置。比如我们使用串口打印bootloader阶段的log。在这种情况下，串口引脚必须在内核之前。阶段已配置。笔者介绍赵庆尧，51CTO社区编辑，从事驱动开发多年。他的研究兴趣包括安全操作系统和网络安全，并发表了与网络相关的专利。
