目录

1 引入

2 GPIO子系统的层次

3 gpio子系统驱动程序流程

4 gpio子系统的中药数据结构

5 gpio子系统函数调用的详细细节

6 GPIO子系统的sysfs接口

6.1有哪些gpio控制器

6.2每个gpio控制器的详细信息

6.3查看gpio使用情况

6.4通过SYSFS使用GPIO

6.4.1 确定GPIO编号

6.4.2 导出、设置方向、读写值

7 费曼学习法：于是我录制了一个讲解gpio子系统的学习视频

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1 引入

当我们想用某个引脚控制LED灯的亮灭时，一般来说我们需要使能时钟，然后将引脚配置为GPIO功能，然后配置电气属性，然后配置GPIO为输出，最后根据控制GPIO的输出电平，其中配置GPIO的方向以及电平是由GPIO子系统来做的。

2 GPIO子系统的层次

上图就是gpio子系统的层次结构图，在其他的驱动程序里面，我们可以直接用gpiod_set_value这种函数来设置引脚的值，这个函数是在gpio库里面定义的，gpio库起到一个承上启下的作用，然后这个gpiod_set_value函数最终调用的是chip->set(chip, gpio_chip_hwgpio(desc), value)函数，这里的chip就是在gpio驱动程序里面注册的结构体，这个结构体体里面就包含了一些对gpio的操作函数。

3 gpio子系统驱动程序流程

上图是我根据Linux内核源码画的一个GPIO驱动程序流程图，我们在设备树中的gpio控制器节点里面的compatible为fsl,imx35-gpio,然后我们在内核源码中搜索，可以找到匹配的驱动为mxc_gpio_driver,然后当device和driver相匹配之后，会调用驱动程序里面的probe函数，在这里也就是mxc_gpio_probe函数，然后在这个mxc_gpio_probe函数里面其实就是做了下面三个工作

• 分配结构体
• 设置结构体
• 注册结构体

mxc_gpio_probe函数具体做的工作：首先调用了mxc_gpio_get_hw函数，这个函数是获取了gpio寄存器组的偏移地址，然后还一个platform_get_resource函数，这个platform_get_resource函数是得到了gpio的寄存器的基地址，然后调用了devm_kzalloc分配了一个mxc_gpio_port结构体，

struct mxc_gpio_port {
    struct list_head node;
    struct clk *clk;
    void __iomem *base;
    int irq;
    int irq_high;
    struct irq_domain *domain;
    struct gpio_chip gc;
    u32 both_edges;
    int saved_reg[6];
    bool gpio_ranges;
};

然后这个mxc_gpio_port结构体里面有一个重要的gpio_chip结构体成员。

struct gpio_chip {
    const char      *label;
    struct gpio_device  *gpiodev;
    struct device       *parent;
    struct module       *owner;
    ...省略一些...
    int         (*direction_input)(struct gpio_chip *chip,
                        unsigned offset);
    int         (*direction_output)(struct gpio_chip *chip,
                        unsigned offset, int value);
    int         (*get)(struct gpio_chip *chip,
                        unsigned offset);
    void            (*set)(struct gpio_chip *chip,
                        unsigned offset, int value);
     ...省略一些...
                        enum single_ended_mode mode);
    int         (*to_irq)(struct gpio_chip *chip,
                        unsigned offset);
    void            (*dbg_show)(struct seq_file *s,
                        struct gpio_chip *chip);
     ...省略一些...
};

这个gpio_chip里面就是各种操作函数。

然后probe函数里面又调用了下面这个函数

    err = bgpio_init(&port->gc, &pdev->dev, 4,
             port->base + GPIO_PSR,
             port->base + GPIO_DR, NULL,
             port->base + GPIO_GDIR, NULL,
             BGPIOF_READ_OUTPUT_REG_SET);
这里的参数    
port->base + GPIO_PSR,
port->base + GPIO_DR, 
port->base + GPIO_GDIR, 
就是寄存器地址
设置完结构体之后，这个结构体里面有寄存器值也有操作函数。

在这个bgpio_init函数里面主要调用了下面三个函数

bgpio_setup_io(gc, dat, set, clr, flags);
bgpio_setup_accessors(dev, gc, flags & BGPIOF_BIG_ENDIAN,
                    flags & BGPIOF_BIG_ENDIAN_BYTE_ORDER);
bgpio_setup_direction(gc, dirout, dirin, flags);

然后这三个函数里面就是gpio的各种操作函数。然后调用了err = devm_gpiochip_add_data(&pdev->dev, &port->gc, port);函数，这个函数里面是分配了gpio_device结构体，然后gpio_device结构体里面的chip成员就是前面分配设置的gpio_chip结构体。

4 gpio子系统的中药数据结构

我们前面说过，我们要分配设置注册一个gpio_chip结构体，然后我们用gpiochip_add_data(chip, data);函数注册了一个gpio_device结构体，然后这个gpio_device结构体里面就包含gpio_chip结构体，然后这个gpio_device结构体里面除了chip成员外，还有descs成员，这个是用来表示引脚的，每一个引脚都有一个descs结构体，然后descs结构体里面有一个gdev成员，我们可以根据这个gdev成员找到这个引脚属于哪一个gpio控制器。

5 gpio子系统函数调用的详细细节

上图是gpio子系统的函数调用具体细节，我们一个gpio控制器就对应一个gpio_device结构体，然后这个结构体里面有

• base成员，base成员是这个gpio控制器里面引脚的起始标号，
• ngpio是引脚的个数，
• descs成员是一个结构体数组，里面每一项都是一个gpio_desc结构体，都表示一个引脚。

然后加入我们设备树里面有一个

myled{
        compatible = "cumtchw"
        led-gpios = <&gpio1  10  GPIO_ACTIVE_LOW>        
};

那么当我们调用led_gpio = gpiod_get(&pdev->dev, &quot;led&quot;, 0);函数时，那么就是根据led-gpios = <&gpio1 10 GPIO_ACTIVE_LOW> 可以得到是gpio1控制器里面的第10项，那么led_gpio就指向descs数组里面的第10项，然后我们这个desc其实就可找到这个引脚对应的控制器，然后那么当我们用gpiod_set_value(led_gpio, status);这个函数去设置引脚的时候就会找到控制器里面的chip->set(chip, gpio_chip_hwgpio(desc), value);然后这个函数的第二个参数是指设置这个控制器的第几个引脚，这里的第二个参数是这么得到的

static int __maybe_unused gpio_chip_hwgpio(const struct gpio_desc *desc)
{
    return desc - &desc->gdev->descs[0];
}  这里就是10

6 GPIO子系统的sysfs接口

驱动程序为`drivers\gpio\gpiolib-sysfs.c`，

6.1有哪些gpio控制器

/sys/bus/gpio/devices`目录下，列出了所有的GPIO控制器：

6.2每个gpio控制器的详细信息

 /sys/class/gpio/gpiochipXXX`下，有这些信息：

 base     // 这个GPIO控制器的GPIO编号
device
label    // 名字
ngpio    // 引脚个数
power
subsystem
uevent

6.3查看gpio使用情况

 cat /sys/kernel/debug/gpio

6.4通过SYSFS使用GPIO

如果只是简单的引脚控制(比如输出、查询输入值)，可以不编写驱动程序。

但是涉及中断的话，就需要编写驱动程序了。

6.4.1 确定GPIO编号

查看每个`/sys/class/gpio/gpiochipXXX`目录下的label，确定是你要用的GPIO控制器，也称为GPIO Bank。

根据它名字gpiochipXXX，就可以知道基值是XXX。

基值加上引脚offset，就是这个引脚的编号。

6.4.2 导出、设置方向、读写值

echo 509 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio509/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio509/value
echo 509 > /sys/class/gpio/unexport

echo 509 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio509/direction
cat /sys/class/gpio/gpio509/value
echo 509 > /sys/class/gpio/unexport

7 费曼学习法：于是我录制了一个讲解gpio子系统的学习视频