【Linux笔记】Pinctrl子系统与GPIO子系统
前言
之前我们已经通过几篇笔记来学习点灯了：
但之前的点灯实验我们都得去跟一些寄存器打交道，如：
我们要配置寄存器，肯定得去阅读参考手册查看相关的寄存器，如：
和寄存器打交道是一件费时费力而收获较小的事情，换句话说就是性价比太低了。
我们在学习STM32的时候，ST都会给我们提供各种各样的库，这些库就是对寄存器操作的一些封装，我们调用那些库函数就可以间接地操控寄存器。
我们就基本不用去查参考手册了，至少点个灯是不用去查手册的。
这些寄存器相关的代码一般都是芯片原厂的工程师给我们写好了，我们只要拿来用就可以了。
同样的，在嵌入式Linux开发中，像上面几篇笔记中的那几种led驱动方式（与寄存器打交道）基本上是用不上的，我们只是为了学习而学习。
Linux内核提供了pinctrl 和 gpio 子系统用于引脚的驱动，这样我们可以避免与寄存器打交道。
认识pinctrl、gpio子系统
这两个子系统是软件上面的概念，属于Linux内核的一部分。但最终要用起来，都是要与实际硬件挂钩，比如：
在前几个led驱动实验中我们知道我们要操控一个引脚，我们需要配置两个模块的寄存器：GPIO模块及IOMUXC模块。
IOMUXC模块是用来配置引脚功能及一些引脚参数（引脚速率、上下拉等）；GPIO模块用于配置引脚的输入输出等。
其中，pinctrl子系统管理的是IOMUXC模块；gpio子系统管理的是GPIO模块。
下面简单看一下这两个子系统在设备树代码中的体现（以百问网的设备树文件100ask_imx6ull-14x14.dts为例）：
1、pinctrl子系统
可以看到这里有两个节点：iomuxc节点与iomuxc_snvs节点，它们都是用来描述IOMUXC模块的。
其实这两个节点是在imx6ull.dtsi文件中被创建的，这是NXP官方提供的。在 100ask_imx6ull-14x14.dts文件中向这两个节点追加内容。
追加的内容就是实际引脚功能的配置及引脚参数信息配置，下面以一个led的控制引脚为例简单分析一下：
这个宏中前三个值是寄存器的偏移地址，后两个是寄存器的值，另一个寄存器的值就是设备树文件里pinctrl_leds节点里的那个值，即：
下面再进一步分析：
2、gpio子系统
这里需要重点关注如下两个属性：
gpio-controller; #gpio-cells = <2>;
gpio-controller;表明这个节点是一个GPIO控制器，这个控制器下面有很多引脚。
#gpio-cells = <2>; 表示这个控制器下每一个引脚要用 2 个 32 位的数(cell)来描述，其中一个数(cell)用来表示引脚，另一个数(cell)用来表示有效电平或其它特性。如：
至此，基于gpio子系统及pinctrl子系统的设备树文件的代码结构如下（图片来自百问网）：
对于pinctrl信息，有些芯片提供了生成工具。
（1）gpio子系统的API接口
设备树用于描述设备相关的信息，而我们的驱动获得设备信息之后也要使用一些API接口来操控设备。
gpio子系统已经帮我们屏蔽掉了寄存器相关的操作，并给我们提供了一些API接口，我们只要调用这些API接口就可以间接地操控相关寄存器。
其有两套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)的接口需要包含头文件linux/gpio/consumer.h：
使用老的(legacy)接口需要包含头文件linux/gpio.h：
led驱动实验
下面简单看一些基于这两个子系统的led驱动实验（相关代码来自百问网）。
1、设备树文件
我们需要屏蔽掉百问开发板出厂自带的设备树文件（100ask_imx6ull-14x14.dts）中描述led设备相关的代码，并添加如下内容：
（1）在设备树文件中添加如下Pinctrl信息：
（2）在设备树文件根节点下添加如下led节点信息：
2、驱动核心代码
（1）匹配
（2）probe函数
匹配成功则执行此函数从设备树获取设备信息：
（3）open函数
此函数设置引脚方向：
（4）write函数
此函数设置引脚输出值：
3、应用代码
#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. 判断参数 */
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s <dev> <on | off>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 3. 写文件 */
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、验证
编译设备树文件、以模块的方式编译驱动文件。并把编译生成以下几个文件上传到板子里：
100ask_imx6ull-14x14.dtb
leddrv.ko
ledtest
这里我们使用百问网开发的100ask_imx6ull_flashing_tool工具来上传，如