【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)通過幾篇筆記來學習點燈了：
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。
我們在學習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，我們只是為了學習而學習。
Linux內核提供了pinctrl 和 gpio 子系統(tǒng)用于引腳的驅動，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)在設備樹代碼中的體現(xiàn)（以百問網(wǎng)的設備樹文件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)點追加內容。
追加的內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)的設備樹文件的代碼結構如下（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
設備樹用于描述設備相關的信息，而我們的驅動獲得設備信息之后也要使用一些API接口來操控設備。
gpio子系統(tǒng)已經(jīng)幫我們屏蔽掉了寄存器相關的操作，并給我們提供了一些API接口，我們只要調用這些API接口就可以間接地操控相關寄存器。
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驅動實驗
下面簡單看一些基于這兩個子系統(tǒng)的led驅動實驗（相關代碼來自百問網(wǎng)）。
1、設備樹文件
我們需要屏蔽掉百問開發(fā)板出廠自帶的設備樹文件（100ask_imx6ull-14x14.dts）中描述led設備相關的代碼，并添加如下內容：
（1）在設備樹文件中添加如下Pinctrl信息：
（2）在設備樹文件根節(jié)點下添加如下led節(jié)點信息：
2、驅動核心代碼
（1）匹配
（2）probe函數(shù)
匹配成功則執(zhí)行此函數(shù)從設備樹獲取設備信息：
（3）open函數(shù)
此函數(shù)設置引腳方向：
（4）write函數(shù)
此函數(shù)設置引腳輸出值：
3、應用代碼
#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、驗證
編譯設備樹文件、以模塊的方式編譯驅動文件。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，關于NFS可查看往期筆記：【Linux筆記】掛載網(wǎng)絡文件系統(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。
測試結果如：
同時，led燈也對應著亮、滅。
總結
以上就是關于Pinctrl及GPIO子系統(tǒng)的一點學習筆記，主要是從表層來認識這兩個子系統(tǒng)，關于這兩個子系統(tǒng)的具體源碼實驗并未深究。小編也是一位初學者，先從初學者的角度認識這些概念、原理，之后深入時再分享出更深層的筆記。
最后
以上就是本次的實驗分享。如有錯誤，歡迎指出！謝謝
本篇筆記會同步至我的個人博客：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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