什么是Pinctrl子系统与GPIO子系统？

前言

大家好，我是LinuxZn。

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 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

/*
 * ./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  
", argv[0]);
  return -1;
 }

 /* 2. 打开文件 */
 fd = open(argv[1], O_RDWR);
 if (fd == -1)
 {
  printf("can not open file %s
", 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

也可以使用开发板挂载NFS来上传这几个文件，关于NFS可查看往期笔记：【Linux笔记】挂载网络文件系统

100ask_imx6ull_flashing_tool工具默认把文件上传到根目录。我们需要手动把100ask_imx6ull-14x14.dtb文件拷贝到/boot目录下并重启。

测试结果如：

同时，led灯也对应着亮、灭。

　　审核编辑：汤梓红