设备树pinctrl子系统

1.pinctrl子系统

大多数 SOC 的 pin 都是支持复用的，比如 IMX6ULL 的 GPIO1_IO03 既可以作为普通的GPIO 使用，也可以作为 I2C1 的 SDA 等等。此外我们还需要配置 pin 的电气特性，比如上/下拉、速度、驱动能力等等。传统的配置 pin 的方式就是直接操作相应的寄存器，但是这种配置方式比较繁琐、而且容易出问题(比如 pin 功能冲突)。pinctrl 子系统就是为了解决这个问题而引入的，pinctrl 子系统主要工作内容如下：
①、获取设备树中 pin 信息。
②、根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的复用功能
③、根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的电气特性，比如上/下拉、速度、驱动能力等。

要使用 pinctrl 子系统，我们需要在设备树里面设置 PIN 的配置信息，毕竟 pinctrl 子系统要
根据你提供的信息来配置 PIN 功能，一般会在设备树里面创建一个节点来描述 PIN 的配置信
息。在imx6ull.dtsi中有者三个节点表示imx6ull的pin引脚：

分别是iomuxc，iomuxc-gpr，iomuxc-snvs节点，可以在这三个节点下添加GPIO节点信息：

iomuxc: iomuxc@020e0000 {
	compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc";
	reg = <0x020e0000 0x4000>;
};
 
gpr: iomuxc-gpr@020e4000 {
	compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc-gpr",
	"fsl,imx6q-iomuxc-gpr", "syscon";
	reg = <0x020e4000 0x4000>;
};
 
iomuxc_snvs: iomuxc-snvs@02290000 {
	compatible = "fsl,imx6ull-iomuxc-snvs";
	reg = <0x02290000 0x10000>;
};

2.引脚定义解析

开发板中MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19的定义如下：


#define MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19 0x0090 0x031C 0x0000 0x5 0x0


0x0090 0x031C 0x0000 0x5 0x0,这 5 个值的含义如下所示对应关系：
< 0x0090    0x031C    0x0000     0x5       0x0      >
< mux_reg   conf_reg  input_reg  mux_mode  input_val>

地址解析：

0x0090：mux_reg 寄存器偏移地址；dtsi中的 iomuxc 节点就是 IOMUXC 外设对应的节点，根据其 reg 属性可知 IOMUXC 外设寄存器起始地址为 0x020e0000 。因此
0x020e0000+0x0090=0x020e0090。

0x031C：conf_reg 寄存器偏移地址，和 mux_reg 一样，0x020e0000+0x031c=0x020e031c，这个就是寄存器 IOMUXC_SW_PAD_CTL_PAD_UART1_RTS_B 的地址。

0x0000：input_reg 寄存器偏移地址，有 input_reg 寄存器的外设需要配置 input_reg 寄存器。没有的话就不需要设置。

0x5 ： mux_reg 寄存器值，相当于设置IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_RTS_B 寄存器为 0x5，也即是设置 UART1_RTS_B 这个 PIN 复用为 GPIO1_IO19。
0x0：input_reg 寄存器值，在这里无效。

注意上面没有config_reg的值，因此0x17059 就是他的值，此值由用户自行设置，通过此值来设置一个 IO 的上/下拉、驱动能力和速度等。

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3.设备GPIO树节点

gpioled {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    compatible = "atkalpha-gpioled";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_led>;
    led-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    status = "okay";
};

设备树节点描述信息

inctrl-names：用来表示设备的状态，这里有1个，为默认状态（default),也可以有其他的状态，还可以自定义状态，比如state_100mhz：表示这个gpio运行为100mhz状态。

pinctrl-0：表示第0个状态对应于"default"状态，对应的引脚在pinctrl-0里面定义。

led-gpios：描述led使用到的IO引脚信息
“&gpio1”表示引脚所使用的 IO 属于 GPIO1 组，“19” 表示 GPIO1 组的第 19 号 IO，“GPIO_ACTIVE_LOW” 表示低电平有效，如果改为“GPIO_ACTIVE_HIGH”就表示高电平有效。

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4.gpio 子系统 API 函数

gpio_request 函数

gpio_request 函数用于申请一个 GPIO 管脚，在使用一个 GPIO 之前一定要使用 gpio_request进行申请，函数原型如下：

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)

@gpio:要申请的 gpio 标号，使用 of_get_named_gpio 函数从设备树获取指定 GPIO 属性信
息，此函数会返回这个 GPIO 的标号。
@label：给 gpio 设置个名字。

gpio_free 函数

如果不使用某个 GPIO 了，那么就可以调用进行释放。

void gpio_free(unsigned gpio)
@gpio：要释放的 gpio 标号。

gpio_direction_input 函数

用于设置某个 GPIO 为输入:

int gpio_direction_input(unsigned gpio)
gpio：要设置为输入的 GPIO 标号。
返回值：0，设置成功；负值，设置失败。

gpio_direction_output 函数

用于设置某个 GPIO 为输出，并且设置默认输出值

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
gpio：要设置为输出的 GPIO 标号。
value：GPIO 默认输出值。

gpio_get_value 函数

用于获取某个 GPIO 的值(0 或 1)，此函数是个宏

#define gpio_get_value __gpio_get_value
int __gpio_get_value(unsigned gpio)

gpio_set_value 函数

用于设置某个 GPIO 的值，此函数是个宏

#define gpio_set_value __gpio_set_value
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
@gpio：要设置的 GPIO 标号。
@value：要设置的值。

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5.驱动代码编写：

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/err.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/gpio.h>
 
#define GPIOLED_CNT      1
#define GPIOLED_NAME     "gpioled"
 
#define LED_ON      1
#define LED_OFF     0
 
 
 
/* gpioled设备结构体 */
typedef struct gpioled_dev{
    dev_t devid;                    /* 设备号   */
    int major;                      /* 主设备号 */
    int minor;                      /* 次设备号 */
    struct cdev cdev;               /* 字符设备 */
    struct class *class;            /* 类      */
    struct device *device;          /* 类的设备 */
    struct device_node *nd;         /* 节点 */
    int led_gpio;                   /* LED的gpio编号 */
}gpioled_dev;
gpioled_dev gpioled;
 
 
 
/* LED等控制函数 */
static int Led_Switch(unsigned char Led_Status)
{
 
    if(Led_Status == LED_ON){
        gpio_set_value(gpioled.led_gpio,0);
    }else if(Led_Status == LED_OFF){
        gpio_set_value(gpioled.led_gpio,1);
    }else{
        return -1;
    }
    return 0;
}
 
/* 打开驱动文件 */
static int gpioled_open (struct inode *Inode, struct file *File)
{
    File->private_data = &gpioled;   /* 设置私有数据 */
    return 0;
}
/* 关闭驱动文件 */
static int gpioled_release (struct inode *Inode, struct file *File)
{
 
    return 0;
}
/* 对驱动文件进行写操作 */
static ssize_t gpioled_write (struct file *File, const char __user *buf,
                            size_t Count, loff_t *Loff)
{
    int ret = 0;
    unsigned char databuf[1];
 
    ret = copy_from_user(databuf,buf,Count);
    if(ret < 0){
        return ret;
    }
 
    Led_Switch(databuf[0]);
    return 0;
}
 
/* 字符设备的文件操作集合 */
static const struct file_operations gpioled_opts = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = gpioled_open,
    .release = gpioled_release,
    .write = gpioled_write,
};
 
/* 模块入口 */
static int __init gpioled_init(void)
{
    int ret = 0;
 
    /* 获取设备节点：gpioled */
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    if(gpioled.nd == NULL){
        ret = -EINVAL;
        goto fail_nd;
    }
    /* 获取设备树中的gpio属性，得到LED所使用的GPIO编号 */
    gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd,"led-gpio", 0);
    if(gpioled.led_gpio < 0){
        ret = -EINVAL;
        goto fail_nd;
    }
    printk("led-gpio num = %d\r\n",gpioled.led_gpio);
 
    /* 申请GPIO */
    ret = gpio_request(gpioled.led_gpio, "led-gpio");
    if(ret){
        goto fail_nd;
    }
 
    /* 将LED的GPIO设置为输出，默认关闭LED灯（低电平点亮） */
    ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 0);
    if(ret < 0){
        goto fail_gpio;
    }
 
    /* 注册字符设备 */
    /* 1、注册设备号 */
    gpioled.major = 0;
    if(gpioled.major){               /* 指定了设备号 */
        gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major,0);
        ret = register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
    }else{                          /* 没有指定设备号 */
        ret = alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
        gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);
        gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);
        
    }
    if(ret < 0){                    /* 注册设备号失败 */
        goto fail_devid;
    }
    printk("major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major,gpioled.minor);
 
    /* 2、注册字符设备 */
    gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_opts);               /* 初始化 */
    ret = cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
    if(ret < 0){
        goto fail_cdev;
    }
 
    /* 自动添加节点 */
    /* 1、添加类 */
    gpioled.class = class_create(THIS_MODULE,GPIOLED_NAME);
    if(IS_ERR(gpioled.class)){
        ret = PTR_ERR(gpioled.class);
        goto fail_class;
    }
    /* 2、添加类的设备 */
    gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
    if(IS_ERR(gpioled.device)){
        ret = PTR_ERR(gpioled.device);
        goto fail_device;
    }
 
 
    return 0;
 
fail_device:
    class_destroy(gpioled.class);
fail_class:
    cdev_del(&gpioled.cdev);
fail_cdev:
    unregister_chrdev_region(gpioled.devid,GPIOLED_CNT);
fail_devid:
fail_gpio:
    gpio_free(gpioled.led_gpio);
fail_nd:
    return ret;
}
 
/* 模块出口 */
static void __exit gpioled_exit(void)
{
    /* 关灯 */
    Led_Switch(LED_OFF);
    
    /* gpio释放 */
    gpio_free(gpioled.led_gpio);
 
    /* 删除设备 */
    cdev_del(&gpioled.cdev);
    /* 注销设备号 */
    unregister_chrdev_region(gpioled.devid,GPIOLED_CNT);
    printk("gpioled_exit\r\n");
 
    /* 销毁类的设备 */
    device_destroy(gpioled.class,gpioled.devid);
    /* 销毁类 */
    class_destroy(gpioled.class);
 
}
 
/* 注册模块入口和出口函数 */
module_init(gpioled_init);
module_exit(gpioled_exit);
 
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ZhangXueGuo");