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第二十五章 pinctrl和gpio子系統(tǒng)實驗

上一章我們編寫了基于設(shè)備樹的LED驅(qū)動，但是驅(qū)動的本質(zhì)還是沒變，都是配置LED燈所使用的GPIO寄存器，驅(qū)動開發(fā)方式和裸機(jī)基本沒啥區(qū)別。Linux是一個龐大而完善的系統(tǒng)，尤其是驅(qū)動框架，像GPIO這種最基本的驅(qū)動不可能采用“原始”的裸機(jī)驅(qū)動開發(fā)方式，否則就相當(dāng)于你買了一輛車，結(jié)果每天推著車去上班。Linux內(nèi)核提供了pinctrl和gpio子系統(tǒng)用于GPIO驅(qū)動，本章我們就來學(xué)習(xí)一下如何借助pinctrl和gpio子系統(tǒng)來簡化GPIO驅(qū)動開發(fā)。

25.1 pinctrl子系統(tǒng)
25.1.1 pinctrl子系統(tǒng)簡介
Linux驅(qū)動講究驅(qū)動分離與分層，pinctrl和gpio子系統(tǒng)就是驅(qū)動分離與分層思想下的產(chǎn)物，驅(qū)動分離與分層其實就是按照面向?qū)ο缶幊痰脑O(shè)計思想而設(shè)計的設(shè)備驅(qū)動框架，關(guān)于驅(qū)動的分離與分層我們后面會講。本來pinctrl和gpio子系統(tǒng)應(yīng)該放到驅(qū)動分離與分層章節(jié)后面講解，但是不管什么外設(shè)驅(qū)動，GPIO驅(qū)動基本都是必須的，而pinctrl和gpio子系統(tǒng)又是GPIO驅(qū)動必須使用的，所以就將pintrcl和gpio子系統(tǒng)這一章節(jié)提前了。
我們先來回顧一下上一章是怎么初始化LED燈所使用的GPIO，步驟如下：
①、修改設(shè)備樹，添加相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)里面重點(diǎn)是設(shè)置reg屬性，reg屬性包括了GPIO相關(guān)寄存器。
②、 獲取reg屬性中GPIOI_MODER、GPIOI_OTYPER、GPIOI_OSPEEDR、GPIOI_PUPDR和GPIOI_BSRR這些寄存器的地址，并且初始化它們，這些寄存器用于設(shè)置PI0這個PIN的復(fù)用功能、上下拉、速度等。
③、 在②里面將PI0這個PIN設(shè)置為通用輸出功能，因此需要設(shè)置PI0這個GPIO相關(guān)的寄存器，也就是設(shè)置GPIOI_MODER寄存器。
④、在②里面將PI0這個PIN設(shè)置為高速、上拉和推挽模式，就要需要設(shè)置PI0的GPIOI_OTYPER、GPIOI_OSPEEDR和GPIOI_PUPDR這些寄存器。
總結(jié)一下，②中完成對PI0這個PIN的獲取相關(guān)的寄存器地址，③和④設(shè)置這個PIN的復(fù)用功能、上下拉等，比如將GPIOI_0這個PIN設(shè)置為通用輸出功能。如果使用過STM32單片機(jī)的話應(yīng)該都記得，STM32單片機(jī)也是要先設(shè)置某個PIN的復(fù)用功能、速度、上下拉等，然后再設(shè)置PIN所對應(yīng)的GPIO，STM32MP1是從STM32單片機(jī)發(fā)展而來的，設(shè)置GPIO是一樣。其實對于大多數(shù)的32位SOC而言，引腳的設(shè)置基本都是這兩方面，因此Linux內(nèi)核針對PIN的復(fù)用配置推出了pinctrl子系統(tǒng)，對于GPIO的電氣屬性配置推出了gpio子系統(tǒng)。本小節(jié)我們來學(xué)習(xí)pinctrl子系統(tǒng)，下一小節(jié)再學(xué)習(xí)gpio子系統(tǒng)。
大多數(shù)SOC的pin都是支持復(fù)用的，比如STM32MP1的PI0既可以作為普通的GPIO使用，也可以作為SPI2的NSS引腳、TIM5的CH4引腳等等。此外我們還需要配置pin的電氣特性，比如上/下拉、速度、驅(qū)動能力等等。傳統(tǒng)的配置pin的方式就是直接操作相應(yīng)的寄存器，但是這種配置方式比較繁瑣、而且容易出問題(比如pin功能沖突)。pinctrl子系統(tǒng)就是為了解決這個問題而引入的，pinctrl子系統(tǒng)主要工作內(nèi)容如下：
①、獲取設(shè)備樹中pin信息。
②、根據(jù)獲取到的pin信息來設(shè)置pin的復(fù)用功能
③、根據(jù)獲取到的pin信息來設(shè)置pin的電氣特性，比如上/下拉、速度、驅(qū)動能力等。
對于我們使用者來講，只需要在設(shè)備樹里面設(shè)置好某個pin的相關(guān)屬性即可，其他的初始化工作均由pinctrl子系統(tǒng)來完成，pinctrl子系統(tǒng)源碼目錄為drivers/pinctrl。
25.1.2 STM32MP1的pinctrl子系統(tǒng)驅(qū)動
1、PIN配置信息詳解
要使用pinctrl子系統(tǒng)，我們需要在設(shè)備樹里面設(shè)置PIN的配置信息，畢竟pinctrl子系統(tǒng)要根據(jù)你提供的信息來配置PIN功能，一般會在設(shè)備樹里面創(chuàng)建一個節(jié)點(diǎn)來描述PIN的配置信息。打開stm32mp151.dtsi文件，找到一個叫做pinctrl的節(jié)點(diǎn)，如下所示：

示例代碼25.1.2.1 pinctrl節(jié)點(diǎn)內(nèi)容11814 pinctrl: pin-controller@50002000 { 1815 #address-cells = <1>; 1816 #size-cells = <1>; 1817 compatible = "st,stm32mp157-pinctrl"; 1818 ranges = <0 0x50002000 0xa400>; 1819 interrupt-parent = <&exti>; 1820 st,syscfg = <&exti 0x60 0xff>; 1821 hwlocks = <&hsem 0 1>; 1822 pins-are-numbered; ...... 1968 };

第1815~1816行，#address-cells屬性值為1和#size-cells屬性值為1，也就是說pinctrl下的所有子節(jié)點(diǎn)的reg第一位是起始地址，第二位為長度。
第1818行，ranges屬性表示STM32MP1的GPIO相關(guān)寄存器起始地址，STM32MP1系列芯片最多擁有176個通用GPIO，分為12組，分別為：PA0_PA15、PB0PB15、PC0_PC15、PD0PD15、PE0_PE15、PF0PF15、PG0_PG15、PH0PH15、PJ0_PJ15、PK0PK7、PZ0~PZ7。
其中PA_{PK這9組GPIO的寄存器都在一起，起始地址為0X50002000，終止地址為0X5000C3FF。這個可以在《STM32MP157參考手冊》里面找到。PZ組寄存器起始地址為0X54004000，終止地址為0X540043FF，所以stm32mp151.dtsi文件里面還有個名為“pinctrl_z”的子節(jié)點(diǎn)來描述PZ組IO。pinctrl節(jié)點(diǎn)用來描述PA}PK這11組IO，因此ranges屬性中的0x50002000表示起始地址，0xa400表示寄存器地址范圍。
第1819行，interrupt-parent屬性值為“&exti”，父中斷為exti。
后面的gpiox子節(jié)點(diǎn)先不分析，這些子節(jié)點(diǎn)都是gpio子系統(tǒng)的內(nèi)容，到后面在去分析。這個節(jié)點(diǎn)看起來，根本沒有PIN先關(guān)的配置，別急！先打開stm32mp15-pinctrl.dtsi文件，你們能找到如下內(nèi)容：

示例代碼25.1.2.2 pinctrl節(jié)點(diǎn)內(nèi)容2 1 &pinctrl { ...... 534 m_can1_pins_a: m-can1-0 { 535 pins1 { 536 pinmux = <STM32_PINMUX('H', 13, AF9)>; /* CAN1_TX */ 537 slew-rate = <1>; 538 drive-push-pull; 539 bias-disable; 540 }; 541 pins2 { 542 pinmux = <STM32_PINMUX('I', 9, AF9)>; /* CAN1_RX */ 543 bias-disable; 544 }; 545 }; ...... 554 pwm1_pins_a: pwm1-0 { 555 pins { 556 pinmux = <STM32_PINMUX('E', 9, AF1)>, /* TIM1_CH1 */ 557 <STM32_PINMUX('E', 11, AF1)>, /* TIM1_CH2 */ 558 <STM32_PINMUX('E', 14, AF1)>; /* TIM1_CH4 */ 559 bias-pull-down; 560 drive-push-pull; 561 slew-rate = <0>; 562 }; 563 }; ...... 1411};

示例代碼25.1.2.2就是向pinctrl節(jié)點(diǎn)追加數(shù)據(jù)，不同的外設(shè)使用的PIN不同、其配置也不同，因此一個蘿卜一個坑，將某個外設(shè)所使用的所有PIN都組織在一個子節(jié)點(diǎn)里面。示例代碼25.1.2.2中m_can1_pins_a子節(jié)點(diǎn)就是CAN1的所有相關(guān)IO的PIN集合，pwm1_pins_a子節(jié)點(diǎn)就是PWM1相關(guān)IO的PIN集合。綁定文檔Documentation/devicetree/bindings/pinctrl/st,stm32-pinctrl.yaml描述了如何在設(shè)備樹中設(shè)置STM32的PIN信息：
每個pincrtl節(jié)點(diǎn)必須至少包含一個子節(jié)點(diǎn)來存放pincrtl相關(guān)信息，也就是pinctrl集，這個集合里面存放當(dāng)前外設(shè)用到哪些引腳(PIN)、這些引腳應(yīng)該怎么配置、復(fù)用相關(guān)的配置、上下拉、默認(rèn)輸出高電平還是低電平。一般這個存放pincrtl集的子節(jié)點(diǎn)名字是“pins”，如果某個外設(shè)用到多種配置不同的引腳那么就需要多個pins子節(jié)點(diǎn)，比如示例代碼25.1.2.2中第535行和541行的pins1和pins2這兩個子節(jié)點(diǎn)分別描述PH13和PI9的配置方法，由于PH13和PI9這兩個IO的配置不同，因此需要兩個pins子節(jié)點(diǎn)來分別描述。第555~562行的pins子節(jié)點(diǎn)是描述PWM1的相關(guān)引腳，包括PE9、PE11、PE14，由于這三個引腳的配置是一模一樣的，因此只需要一個pins子節(jié)點(diǎn)就可以了。
上面講了，在pins子節(jié)點(diǎn)里面存放外設(shè)的引腳描述信息，這些信息包括：
1、pinmux屬性
此屬性用來存放外設(shè)所要使用的所有IO，示例代碼25.1.2.2中第536行的pinmux屬性內(nèi)容如下：
pinmux = <STM32_PINMUX(‘H’, 13, AF9)>;
可以看出，這里使用STM32_PINMUX這宏來配置引腳和引腳的復(fù)用功能，此宏定義在include/dt-bindings/pinctrl/stm32-pinfunc.h文件里面，內(nèi)容如下：

示例代碼25.1.2.3 STM32_PINMUX宏定義 32 #define PIN_NO(port, line) (((port) - 'A') * 0x10 + (line)) 33 34 #define STM32_PINMUX(port, line, mode) (((PIN_NO(port, line)) << 8) | (mode)) 可以看出，STM32_PINMUX宏有三個參數(shù)，這三個參數(shù)含義如下所示： port：表示用那一組GPIO(例：H表示為GPIO第H組，也就是GPIOH)。

line：表示這組GPIO的第幾個引腳(例：13表示為GPIOH_13，也就是PH13)。
mode：表示當(dāng)前引腳要做那種復(fù)用功能(例：AF9表示為用第9個復(fù)用功能)，這個需要查閱STM32MP1數(shù)據(jù)手冊來確定使用哪個復(fù)用功能。打開《STM32MP157A&D數(shù)據(jù)手冊》，一個IO最大有16種復(fù)用方法：AF0~AF15，打開第4章“Pinouts, pin description and alternate functions”，其中“Table 8. Alternate function AF0 to AF7”描述的是AF0~AF7這8種復(fù)用方式，“Table 9. Alternate function AF8 to AF15”描述的是AF8~AF15這8中復(fù)用方式。找到圖25.1.2.1所示內(nèi)容：

圖25.1.2.1 PH13引腳復(fù)用功能
可以看出，PH13要設(shè)置為FDCAN1的TX引腳，就要使用AF9這個復(fù)用配置，這個就是如何在pinmux屬性中添加一個引腳的復(fù)用配置。從圖25.1.2.1中可以看出，如果PH13也可以復(fù)用為UART4的TX引腳，只要設(shè)置為AF8即可，此時相關(guān)的引腳配置如下所示：

示例代碼25.1.2.3 myuart4 pinctrl節(jié)點(diǎn) 1 &pinctrl { 2 3 myuart4_pins_a: myuart4-0 { 4 pins{ 5 pinmux = <STM32_PINMUX('H', 13, AF8)>; 6 }; 7 }; 8 }; 這時候大家可能會奇怪？PH13做了FDCAN1的TX功能，還能做UART4的TX功能，不是沖突了嗎？這是不會沖突的，因為pinctrl驅(qū)動只會把設(shè)備樹pinctrl節(jié)點(diǎn)解析出來的數(shù)據(jù)存儲到一個鏈表里，只有當(dāng)外設(shè)調(diào)用這個pinctrl節(jié)點(diǎn)的時候才會真的使用。但是，如果你要同時使用FDCAN1和UART4的話就會出問題，因此PH13同一時間只能用于一個外設(shè)，所以為了方便開發(fā)，還是建議大家一個PIN最好只能被一個外設(shè)使用。 stm32-pinfunc.h文件里面定義了一個PIN 的所有配置項AF0~AF9，如下所示： 示例代碼25.1.2.4 stm32-pinfunc.h文件 10 /* define PIN modes */ 11 #define GPIO 0x0 12 #define AF0 0x1 13 #define AF1 0x2 14 #define AF2 0x3 15 #define AF3 0x4 16 #define AF4 0x5 17 #define AF5 0x6 18 #define AF6 0x7 19 #define AF7 0x8 20 #define AF8 0x9 21 #define AF9 0xa 22 #define AF10 0xb 23 #define AF11 0xc 24 #define AF12 0xd 25 #define AF13 0xe 26 #define AF14 0xf 27 #define AF15 0x10 28 #define ANALOG 0x11 29 #define RSVD 0x12 可以看出，除了A0~AF15，還有GPIO、ANALOG這兩個，如果一個PIN只是作為最基本的GPIO功能，那么就是用“GPIO”；如果這個引腳要用作模擬功能，比如ADC采集引腳，那么就設(shè)置為“ANALOG”。 2、電氣屬性配置

接下來了解一下PIN的電氣特性如何設(shè)置，電氣特性在pinctrl子系統(tǒng)里不是必須的，可以不配置，但是pinmux屬性是必須要設(shè)置的。stm32-pinctrl.yaml文件里面也描述了如何設(shè)置STM32的電氣屬性，如表25.1.2.1所示：

表25.1.2.1 pinctrl的電氣特性
表25.1.2.1里的bootlean類型表示了在pinctrl子系統(tǒng)只要定義這個電氣屬性就行了，例如：我要禁用內(nèi)部電壓，只要在PIN的配置集里添加“bias-disable”即可，這個時候bias-pull-down和bias-pull-up都不能使用了，因為已經(jīng)禁用了內(nèi)部電壓，所以不能配置上下拉。enum類型使用方法更簡單跟C語言的一樣，比如要設(shè)置PIN速度為最低就可以使用“slew-rate=<0>”。在示例代碼25.1.2.3里添加引腳的電氣特性組合成，如示例代碼25.1.2.6所示：

示例代碼25.1.2.6 添加電氣特性的myuart4-0節(jié)點(diǎn) 1 &pinctrl { 2 3 myuart4_pins_a: myuart4-0 { 4 pins1{ 5 pinmux = <STM32_PINMUX('H', 13, AF8)>; 6 bias-pull-up; 7 drive-push-pull; 8 }; 9 }; 10 }; 在第6~7行里給myuart4-0添加了兩個電氣屬性分別為內(nèi)部上拉和推挽輸出，這樣我們就設(shè)置好一個PIN配置了。

2、PIN驅(qū)動程序講解
本小節(jié)會涉及到Linux驅(qū)動分層與分離、平臺設(shè)備驅(qū)動等還未講解的知識，所以本小節(jié)教程可以不用看，不會影響后續(xù)的實驗。如果對Linux內(nèi)核的pinctrl子系統(tǒng)實現(xiàn)原理感興趣的話可以看本小節(jié)。
所有的東西都已經(jīng)準(zhǔn)備好了，包括寄存器地址和寄存器值，Linux內(nèi)核相應(yīng)的驅(qū)動文件就會根據(jù)這些值來做相應(yīng)的初始化。接下來就找一下哪個驅(qū)動文件來做這一件事情，pinctrl節(jié)點(diǎn)中compatible屬性的值為“st,stm32mp157-pinctrl”，在Linux內(nèi)核中全局搜索“pinctrl”字符串就會找到對應(yīng)的驅(qū)動文件。在文件drivers/pinctrl/stm32/pinctrl-stm32mp157.c中有如下內(nèi)容：

示例代碼25.1.2.7 pinctrl-stm32mp157.c文件代碼段 2323 static struct stm32_pinctrl_match_data stm32mp157_match_data = { 2324 .pins = stm32mp157_pins, 2325 .npins = ARRAY_SIZE(stm32mp157_pins), 2326 }; 2327 2328 static struct stm32_pinctrl_match_data stm32mp157_z_match_data = { 2329 .pins = stm32mp157_z_pins, 2330 .npins = ARRAY_SIZE(stm32mp157_z_pins), 2331 .pin_base_shift = STM32MP157_Z_BASE_SHIFT, 2332 }; 2333 2334 static const struct of_device_id stm32mp157_pctrl_match[] = { 2335 { 2336 .compatible = "st,stm32mp157-pinctrl", 2337 .data = &stm32mp157_match_data, 2338 }, 2339 { 2340 .compatible = "st,stm32mp157-z-pinctrl", 2341 .data = &stm32mp157_z_match_data, 2342 }, 2343 { } 2344 }; 2345 2346 static const struct dev_pm_ops stm32_pinctrl_dev_pm_ops = { 2347 SET_LATE_SYSTEM_SLEEP_PM_OPS(NULL, stm32_pinctrl_resume) 2348 }; 2349 2350 static struct platform_driver stm32mp157_pinctrl_driver = { 2351 .probe = stm32_pctl_probe, 2352 .driver = { 2353 .name = "stm32mp157-pinctrl", 2354 .of_match_table = stm32mp157_pctrl_match, 2355 .pm = &stm32_pinctrl_dev_pm_ops, 2356 }, 2357 }; 2358 2359 static int __init stm32mp157_pinctrl_init(void) 2360 { 2361 return platform_driver_register(&stm32mp157_pinctrl_driver); 2362 } 2363 arch_initcall(stm32mp157_pinctrl_init); 2364

第2334~2344行， of_device_id結(jié)構(gòu)體類型的數(shù)組，在第二十三章講解設(shè)備樹的時候說過，of_device_id里面保存著這個驅(qū)動文件的兼容性值，設(shè)備樹中的compatible屬性值會和of_device_id中的所有兼容性字符串比較，查看是否可以使用此驅(qū)動。stm32mp157_pctrl_match結(jié)構(gòu)體數(shù)組一共有兩個兼容，分別為“st,stm32mp157-pinctrl”和“st,stm32mp157-z-pinctrl”，設(shè)備樹也定義了這兩個兼容性值，因此pinctrl和pinctrl_z節(jié)點(diǎn)都會和此驅(qū)動匹配，所以pinctrl-stm32mp157.c會完成STM32MP1的PIN配置工作。
第2350~2357行，platform_driver是平臺設(shè)備驅(qū)動，這個是我們后面章節(jié)要講解的內(nèi)容，platform_driver是個結(jié)構(gòu)體，有個probe成員變量。在這里大家只需要知道，當(dāng)設(shè)備和驅(qū)動匹配成功以后platform_driver的probe成員變量所代表的函數(shù)就會執(zhí)行，在2351行設(shè)置probe成員變量為stm32_pctl_probe函數(shù)，因此在本章實驗中stm32_pctl_probe這個函數(shù)就會執(zhí)行，可以認(rèn)為stm32_pctl_probe函數(shù)就是STM32MP157這個SOC的PIN配置入口函數(shù)。
第2359~2362行，就是一個簡單的驅(qū)動入口函數(shù)，platform_driver_register函數(shù)是一個標(biāo)準(zhǔn)的平臺設(shè)備驅(qū)動注冊函數(shù)，用于向Linux內(nèi)核注冊一個platform_driver，這里就是將stm32mp157_pinctrl_driver注冊到Linux內(nèi)核總，關(guān)于平臺設(shè)備驅(qū)動后面章節(jié)會詳細(xì)講解。
我們重點(diǎn)來分析一下stm32_pctl_probe函數(shù)，函數(shù)定義在drivers/pinctrl/stm32/pinctrl-stm32.c里面，函數(shù)內(nèi)容如下所示：

示例代碼25.1.2.8 stm32_pctl_probe代碼段 1452 int stm32_pctl_probe(struct platform_device *pdev) 1453 { ...... 1458 struct stm32_pinctrl *pctl; ...... 1530 1531 pctl->pctl_desc.name = dev_name(&pdev->dev); 1532 pctl->pctl_desc.owner = THIS_MODULE; 1533 pctl->pctl_desc.pins = pins; 1534 pctl->pctl_desc.npins = pctl->npins; 1535 pctl->pctl_desc.link_consumers = true; 1536 pctl->pctl_desc.confops = &stm32_pconf_ops; 1537 pctl->pctl_desc.pctlops = &stm32_pctrl_ops; 1538 pctl->pctl_desc.pmxops = &stm32_pmx_ops; 1539 pctl->dev = &pdev->dev; 1540 pctl->pin_base_shift = pctl->match_data->pin_base_shift; 1541 1542 pctl->pctl_dev = devm_pinctrl_register(&pdev->dev, 1543 &pctl->pctl_desc, pctl); ...... 1600}；

第1458行，看它的結(jié)構(gòu)體的名字就知道是ST官方自定義的一個結(jié)構(gòu)體類型，用于存放STM32相關(guān)PIN屬性集合。第22.5.1小節(jié)我們驅(qū)動代碼也添加了自己的結(jié)構(gòu)體，它們都有自己的結(jié)構(gòu)體這樣做有啥好處？可以實現(xiàn)一個驅(qū)動代碼“通殺”多個設(shè)備。要想驅(qū)動能通用，就要用結(jié)構(gòu)體來保存數(shù)據(jù)和驅(qū)動里面盡量不要使用全局變量(在pinctrl驅(qū)動里就沒有一個全局變量，全部使用結(jié)構(gòu)體來描述一個物體，物體的所有屬性都作為結(jié)構(gòu)體成員變量)。接著我們?nèi)タ聪聅tm32_pinctrl結(jié)構(gòu)體是如何定義的，如示例代碼25.1.2.9所示：

示例代碼25.1.2.9 stm32_pinctrl結(jié)構(gòu)體代碼段 100 struct stm32_pinctrl { ...... 103 struct pinctrl_desc pctl_desc; ...... 107 struct stm32_gpio_bank *banks; ...... 120 };

第103行，pinctrl_desc結(jié)構(gòu)體用來描述PIN控制器，PIN控制器，PIN控制器用于配置SOC的PIN復(fù)用功能和電氣特性。
第107行，這個stm32_gpio_bank結(jié)構(gòu)體，是用來注冊GPIO驅(qū)動。到后面GPIO子系統(tǒng)在說。
pinctrl_desc結(jié)構(gòu)體內(nèi)容如下所示：

示例代碼25.1.2.10 pinctrl_desc結(jié)構(gòu)體 130 struct pinctrl_desc { 131 const char *name; 132 const struct pinctrl_pin_desc *pins; 133 unsigned int npins; 134 const struct pinctrl_ops *pctlops; 135 const struct pinmux_ops *pmxops; 136 const struct pinconf_ops *confops; 137 struct module *owner; 138 #ifdef CONFIG_GENERIC_PINCONF 139 unsigned int num_custom_params; 140 const struct pinconf_generic_params *custom_params; 141 const struct pin_config_item *custom_conf_items; 142 #endif 143 bool link_consumers; 144 };

第134~136行，這三個“_ops”結(jié)構(gòu)體指針非常重要！因為這三個結(jié)構(gòu)體就是PIN控制器的“工具”，這三個結(jié)構(gòu)體里面包含了很多操作函數(shù)，Linux內(nèi)核初始化PIN最終使用的就是這些操作函數(shù)。因此編寫一個SOC的PIN控制器驅(qū)動的核心就是實現(xiàn)pinctrl_desc里面的pctlops、pmxops和confops，pinctrl_desc結(jié)構(gòu)體需要由用戶提供，結(jié)構(gòu)體里面的成員變量也是用戶編寫的。但是這個用戶并不是我們這些使用芯片的程序員，而是半導(dǎo)體廠商，半導(dǎo)體廠商發(fā)布的Linux內(nèi)核源碼中已經(jīng)把這些工作做完了。
示例代碼25.1.2.8里，第1536~1538行，給這三個結(jié)構(gòu)體賦值分別對應(yīng)stm32_pconf_ops、stm32_prtrl_ops和stm32_pmx_ops，三個結(jié)構(gòu)體如下：

示例代碼25.1.2.11 stm32_pconf_ops、stm32_prtrl_ops和stm32_pmx_ops結(jié)構(gòu)體 714 static const struct pinctrl_ops stm32_pctrl_ops = { 715 .dt_node_to_map = stm32_pctrl_dt_node_to_map, 716 .dt_free_map = pinctrl_utils_free_map, 717 .get_groups_count = stm32_pctrl_get_groups_count, 718 .get_group_name = stm32_pctrl_get_group_name, 719 .get_group_pins = stm32_pctrl_get_group_pins, 720 }; ...... 865 static const struct pinmux_ops stm32_pmx_ops = { 866 .get_functions_count = stm32_pmx_get_funcs_cnt, 867 .get_function_name = stm32_pmx_get_func_name, 868 .get_function_groups = stm32_pmx_get_func_groups, 869 .set_mux = stm32_pmx_set_mux, 870 .gpio_set_direction = stm32_pmx_gpio_set_direction, 871 .strict = true, 872 }; ...... 1238 static const struct pinconf_ops stm32_pconf_ops = { 1239 .pin_config_group_get = stm32_pconf_group_get, 1240 .pin_config_group_set = stm32_pconf_group_set, 1241 .pin_config_dbg_show = stm32_pconf_dbg_show, 1242 .pin_config_set = stm32_pconf_set, 1243 }; pinctrl_desc結(jié)構(gòu)體初始化完成以后，需要調(diào)用pinctrl_register或者devm_pinctrl_register函數(shù)就能夠向Linux內(nèi)核注冊一個PIN控制器，示例代碼25.1.2.8中的1542行就是向Linux內(nèi)核注冊PIN控制器。 總結(jié)一下，pinctrl驅(qū)動流程如下：

1、定義pinctrl_desc結(jié)構(gòu)體。
2、初始化結(jié)構(gòu)體，重點(diǎn)是pinconf_ops、pinmux_ops和pinctrl_ops這三個結(jié)構(gòu)體成員變量，但是這部分半導(dǎo)體廠商幫我們搞定。
3、調(diào)用devm_pinctrl_register函數(shù)完成PIN控制器注冊。
25.1.3 設(shè)備樹中添加pinctrl節(jié)點(diǎn)模板
我們已經(jīng)對pinctrl有了比較深入的了解，接下來我們學(xué)習(xí)一下如何在設(shè)備樹中添加某個外設(shè)的PIN信息。比如我們需要將PG11這個PIN復(fù)用為UART4_TX引腳，pinctrl節(jié)點(diǎn)添加過程如下：
1、創(chuàng)建對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)
在pinctrl節(jié)點(diǎn)下添加一個“uart4_pins”節(jié)點(diǎn)：

示例代碼25.1.3.1 uart4_pins設(shè)備節(jié)點(diǎn) 1 &pinctrl { 2 uart4_pins: uart4-0 { 3 /* 具體的PIN信息 */ 4 }; 5 };

2、添加“pins”屬性
添加一個“pins”子節(jié)點(diǎn)，這個子節(jié)點(diǎn)是真正用來描述PIN配置信，要注意，同一個pins子節(jié)點(diǎn)下的所有PIN電氣屬性要一樣。如果某個外設(shè)所用的PIN可能有不同的配置，那么就需要多個pins子節(jié)點(diǎn)，例如UART4的TX和RX引腳配置不同，因此就有pins1和pins2兩個子節(jié)點(diǎn)。這里我們只添加UART4的TX引腳，所以添加完pins1子節(jié)點(diǎn)以后如下所示：

示例代碼25.1.3.2 uart4_pins設(shè)備節(jié)點(diǎn)下的pins1屬性 1 &pinctrl { 2 uart4_pins: uart4-0 { 3 pins1{ 4 /* UART4 TX引腳的PIN配置信息 */ 5 }; 6 }; 7 };

3、在“pins”節(jié)點(diǎn)中添加PIN配置信息
最后在“pins”節(jié)點(diǎn)中添加具體的PIN配置信息，完成以后如下所示：

示例代碼25.1.3.3完整的uart4_pins設(shè)備pinctrl子節(jié)點(diǎn) 1 &pinctrl { 2 gpio_led: gpio-led-0 { 3 pins1{ 4 pinmux = <STM32_PINMUX('G', 11, AF6)>; /* UART4_TX */ 5 bias-disable; 6 drive-push-pull; 7 }; 8 }; 9 }; 按道理來講，當(dāng)我們將一個IO用作GPIO功能的時候也需要創(chuàng)建對應(yīng)的pinctrl節(jié)點(diǎn)，并且將所用的IO復(fù)用為GPIO功能，比如將PI0復(fù)用為GPIO的時候就需要設(shè)置pinmux屬性為：<STM32_PINMUX('I', 0, GPIO)>，但是！對于STM32MP1而言，如果一個IO用作GPIO功能的時候不需要創(chuàng)建對應(yīng)的pinctrl節(jié)點(diǎn)！

25.2 gpio子系統(tǒng)
25.2.1 gpio子系統(tǒng)簡介
上一小節(jié)講解了pinctrl子系統(tǒng)，pinctrl子系統(tǒng)重點(diǎn)是設(shè)置PIN(有的SOC叫做PAD)的復(fù)用和電氣屬性，如果pinctrl子系統(tǒng)將一個PIN復(fù)用為GPIO的話，那么接下來就要用到gpio子系統(tǒng)了。gpio子系統(tǒng)顧名思義，就是用于初始化GPIO并且提供相應(yīng)的API函數(shù)，比如設(shè)置GPIO為輸入輸出，讀取GPIO的值等。gpio子系統(tǒng)的主要目的就是方便驅(qū)動開發(fā)者使用gpio，驅(qū)動開發(fā)者在設(shè)備樹中添加gpio相關(guān)信息，然后就可以在驅(qū)動程序中使用gpio子系統(tǒng)提供的API函數(shù)來操作GPIO，Linux內(nèi)核向驅(qū)動開發(fā)者屏蔽掉了GPIO的設(shè)置過程，極大的方便了驅(qū)動開發(fā)者使用GPIO。
25.2.2 STM32MP1的gpio子系統(tǒng)驅(qū)動
1、設(shè)備樹中的gpio信息
首先肯定是GPIO控制器的節(jié)點(diǎn)信息，以PI0這個引腳所在的GPIOI為例，打開stm32mp151.dtsi，在里面找到如下所示內(nèi)容：

示例代碼25.2.2.1 gpioi控制器節(jié)點(diǎn) 1814 pinctrl: pin-controller@50002000 { 1815 #address-cells = <1>; 1816 #size-cells = <1>; 1817 compatible = "st,stm32mp157-pinctrl"; ...... 1912 gpioi: gpio@5000a000 { 1913 gpio-controller; 1914 #gpio-cells = <2>; 1915 interrupt-controller; 1916 #interrupt-cells = <2>; 1917 reg = <0x8000 0x400>; 1918 clocks = <&rcc GPIOI>; 1919 st,bank-name = "GPIOI"; 1920 status = "disabled"; 1921 }; 1944 }; 第1912~1921行就是GPIOI的控制器信息，屬于pincrtl的子節(jié)點(diǎn)，因此對于STM32MP1而言，pinctrl和gpio這兩個子系統(tǒng)的驅(qū)動文件是一樣的，都為pinctrl-stm32mp157.c，所以在注冊pinctrl驅(qū)動順便會把gpio驅(qū)動程序一起注冊。綁定文檔Documentation/devicetree/bindings/gpio/gpio.txt詳細(xì)描述了gpio控制器節(jié)點(diǎn)各個屬性信息。 第1913行，“gpio-controller”表示gpioi節(jié)點(diǎn)是個GPIO控制器，每個GPIO控制器節(jié)點(diǎn)必須包含“gpio-controller”屬性。 第1914行，“#gpio-cells”屬性和“#address-cells”類似，#gpio-cells應(yīng)該為2，表示一共有兩個cell，第一個cell為GPIO編號，比如“&gpioi 0”就表示PI0。第二個cell表示GPIO極性，如果為0(GPIO_ACTIVE_HIGH)的話表示高電平有效，如果為1(GPIO_ACTIVE_LOW)的話表示低電平有效。 第1917行，reg屬性設(shè)置了GPIOI控制器的寄存器基地址偏移為0X800，因此GPIOI寄存器地址為0X50002000+0X800=0X5000A000，大家可以打開《STM32MP157參考手冊》，找到“Table 9. Register boundary addresses”章節(jié)的2.5.2 Memory map and register boundary addresses小節(jié)，如圖25.2.2.1所示：

圖25.2.2.1 GPIOI寄存器表
從圖25.2.2.1可以看出，GPIOI控制器的基地址就是0X5000A000，這個地址是基于pinctrl的地址0X50002000+0x8000 = 0X5000A000。
第1918行，clocks屬性指定這個GPIOI控制器的時鐘。
示例代碼25.2.2.1中的是GPIOI控制器節(jié)點(diǎn)，當(dāng)某個具體的引腳作為GPIO使用的時候還需要進(jìn)一步設(shè)置。ST官方EVK開發(fā)板將PG1用作SD卡的檢測(CD)引腳，PG1復(fù)用為GPIO功能，通過讀取這個GPIO的高低電平就可以知道SD卡有沒有插入。但是，SD卡驅(qū)動程序怎么知道CD引腳連接的PG1呢？這里肯定需要設(shè)備樹來告訴驅(qū)動，在設(shè)備樹中的SD卡節(jié)點(diǎn)下添加一個屬性來描述SD卡的CD引腳就行了，SD卡驅(qū)動直接讀取這個屬性值就知道SD卡的CD引腳使用的是哪個GPIO了。ST官方EVK開飯的SD卡連接在STM32MP157的sdmmc1接口上，在stm32mp15xx-edx.dtsi中找到名為“sdmmc1”的節(jié)點(diǎn)，這個節(jié)點(diǎn)就是SD卡設(shè)備節(jié)點(diǎn)，如下所示：

示例代碼25.2.2.2 設(shè)備樹中SD卡節(jié)點(diǎn) 333 &sdmmc1 { 334 pinctrl-names = "default", "opendrain", "sleep"; 335 pinctrl-0 = <&sdmmc1_b4_pins_a &sdmmc1_dir_pins_a>; 336 pinctrl-1 = <&sdmmc1_b4_od_pins_a &sdmmc1_dir_pins_a>; 337 pinctrl-2 = <&sdmmc1_b4_sleep_pins_a &sdmmc1_dir_sleep_pins_a>; 338 cd-gpios = <&gpiog 1 (GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP)>; 339 disable-wp; ...... 351 status = "okay"; 352 }; 第338行，屬性“cd-gpios”描述了SD卡的CD引腳使用的哪個IO。屬性值一共有三個，我們來看一下這三個屬性值的含義，“&gpiog”表示CD引腳所使用的IO屬于GPIOG組，“1”表示GPIOG組的第1號IO，通過這兩個值SD卡驅(qū)動程序就知道CD引腳使用了PG1這GPIO。最后一個是“GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP”，Linux內(nèi)核定義在include/linux/gpio/machine.h文件中定義了枚舉類型gpio_lookup_flags，內(nèi)容如下： 示例代碼25.2.2.3 gpio_lookup_flag枚舉類型 8 enum gpio_lookup_flags { 9 GPIO_ACTIVE_HIGH = (0 << 0), 10 GPIO_ACTIVE_LOW = (1 << 0), 11 GPIO_OPEN_DRAIN = (1 << 1), 12 GPIO_OPEN_SOURCE = (1 << 2), 13 GPIO_PERSISTENT = (0 << 3), 14 GPIO_TRANSITORY = (1 << 3), 15 GPIO_PULL_UP = (1 << 4), 16 GPIO_PULL_DOWN = (1 << 5), 17 GPIO_LOOKUP_FLAGS_DEFAULT = GPIO_ACTIVE_HIGH | GPIO_PERSISTENT, 18 }; 我們可以通過或運(yùn)算組合不同的配置內(nèi)容，示例代碼25.2.2.2中的338行， “GPIO_ACTIVE_LOW”表示低電平有效，“GPIO_PULL_UP”表示上拉，所以PG1引腳默認(rèn)上拉，而且電平有效(當(dāng)PG1被拉低的時候表示SD卡插入)。 這里也可以看出，把PG1用作GPIO的時候不需要添加其對應(yīng)的pincrl節(jié)點(diǎn)！

2、GPIO驅(qū)動程序簡介
在25.1.2小節(jié)里已經(jīng)分析過pinctrl驅(qū)動代碼了，前面一小節(jié)說過了STM32MP1的pinctrl驅(qū)動和gpio驅(qū)動是同一個驅(qū)動文件，都為pinctrl-stm32mp157.c，所以他們的入口函數(shù)都是stm32_pctl_probe，找到如下代碼所示：

示例代碼25.2.2.3 stm32_pctl_probe代碼段 1452 int stm32_pctl_probe(struct platform_device *pdev) 1453 { ...... 1585 for_each_available_child_of_node(np, child) { 1586 if (of_property_read_bool(child, "gpio-controller")) { 1587 ret = stm32_gpiolib_register_bank(pctl, child); 1588 if (ret) { 1589 of_node_put(child); 1590 return ret; 1591 } 1592 } 1593 } ...... 1600} 第1586行，判斷設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)，是否有g(shù)pio-controller。如果存在，那么這個節(jié)點(diǎn)就是一個GPIO控制器節(jié)點(diǎn)。

第1587行，stm32_gpiolib_register_bank函數(shù)用來注冊GPIO驅(qū)動，包括生成回調(diào)函數(shù)，注冊的過程是跟pinctrl驅(qū)動注冊是一樣的。都是創(chuàng)建自己的結(jié)構(gòu)體，然后初始化結(jié)構(gòu)體，調(diào)用內(nèi)核的注冊函數(shù)，這樣把自己的結(jié)構(gòu)體注冊到內(nèi)核。這邊就不去分析了，大家可以試下分析GPIO驅(qū)動代碼。
25.2.3 gpio子系統(tǒng)API函數(shù)
對于驅(qū)動開發(fā)人員，設(shè)置好設(shè)備樹以后就可以使用gpio子系統(tǒng)提供的API函數(shù)來操作指定的GPIO，gpio子系統(tǒng)向驅(qū)動開發(fā)人員屏蔽了具體的讀寫寄存器過程。這就是驅(qū)動分層與分離的好處，大家各司其職，做好自己的本職工作即可。gpio子系統(tǒng)提供的常用的API函數(shù)有下面幾個：
1、gpio_request函數(shù)
gpio_request函數(shù)用于申請一個GPIO管腳，在使用一個GPIO之前一定要使用gpio_request進(jìn)行申請，函數(shù)原型如下：
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
gpio：要申請的gpio標(biāo)號，使用of_get_named_gpio函數(shù)從設(shè)備樹獲取指定GPIO屬性信息，此函數(shù)會返回這個GPIO的標(biāo)號。
label：給gpio設(shè)置個名字。
返回值：0，申請成功；其他值，申請失敗。
2、gpio_free函數(shù)
如果不使用某個GPIO了，那么就可以調(diào)用gpio_free函數(shù)進(jìn)行釋放。函數(shù)原型如下：
void gpio_free(unsigned gpio)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
gpio：要釋放的gpio標(biāo)號。
返回值：無。
3、gpio_direction_input函數(shù)
此函數(shù)用于設(shè)置某個GPIO為輸入，函數(shù)原型如下所示：
int gpio_direction_input(unsigned gpio)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
gpio：要設(shè)置為輸入的GPIO標(biāo)號。
返回值：0，設(shè)置成功；負(fù)值，設(shè)置失敗。
4、gpio_direction_output函數(shù)
此函數(shù)用于設(shè)置某個GPIO為輸出，并且設(shè)置默認(rèn)輸出值，函數(shù)原型如下：
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
gpio：要設(shè)置為輸出的GPIO標(biāo)號。
value：GPIO默認(rèn)輸出值。
返回值：0，設(shè)置成功；負(fù)值，設(shè)置失敗。
5、gpio_get_value函數(shù)
此函數(shù)用于獲取某個GPIO的值(0或1)，此函數(shù)是個宏，定義所示：
#define gpio_get_value __gpio_get_value
int __gpio_get_value(unsigned gpio)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
gpio：要獲取的GPIO標(biāo)號。
返回值：非負(fù)值，得到的GPIO值；負(fù)值，獲取失敗。
6、gpio_set_value函數(shù)
此函數(shù)用于設(shè)置某個GPIO的值，此函數(shù)是個宏，定義如下
#define gpio_set_value __gpio_set_value
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
gpio：要設(shè)置的GPIO標(biāo)號。
value：要設(shè)置的值。
返回值：無
關(guān)于gpio子系統(tǒng)常用的API函數(shù)就講這些，這些是我們用的最多的。
25.2.4 設(shè)備樹中添加gpio節(jié)點(diǎn)模板
本節(jié)我們以正點(diǎn)原子STM32MP157開發(fā)板上的LED0為例，學(xué)習(xí)一下如何創(chuàng)建GPIO節(jié)點(diǎn)。LED0連接到了PI0引腳上，首先創(chuàng)建一個“l(fā)ed”設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
1、創(chuàng)建led設(shè)備節(jié)點(diǎn)
在根節(jié)點(diǎn)“/”下創(chuàng)建test設(shè)備子節(jié)點(diǎn)，如下所示：

示例代碼25.2.4.1 led設(shè)備節(jié)點(diǎn) 1 led { 2 /* 節(jié)點(diǎn)內(nèi)容 */ 3 }; 2、添加GPIO屬性信息 在led節(jié)點(diǎn)中添加GPIO屬性信息，表明test所使用的GPIO是哪個引腳，添加完成以后如下所示： 示例代碼25.2.4.2 向led節(jié)點(diǎn)添加gpio屬性 1 led { 2 compatible = "atk,led"; 3 gpio = <&gpioi 0 GPIO_ACTIVE_LOW>; 4 status = "okay"; 5 }; 第3行，led設(shè)備所使用的gpio。

關(guān)于pinctrl子系統(tǒng)和gpio子系統(tǒng)就講解到這里，接下來就使用pinctrl和gpio子系統(tǒng)來驅(qū)動STM32MP1開發(fā)板上的LED燈。
25.2.5 與gpio相關(guān)的OF函數(shù)
在示例代碼25.2.4.2中，我們定義了一個名為“gpio”的屬性，gpio屬性描述了led這個設(shè)備所使用的GPIO。在驅(qū)動程序中需要讀取gpio屬性內(nèi)容，Linux內(nèi)核提供了幾個與GPIO有關(guān)的OF函數(shù)，常用的幾個OF函數(shù)如下所示：
1、of_gpio_named_count函數(shù)
of_gpio_named_count函數(shù)用于獲取設(shè)備樹某個屬性里面定義了幾個GPIO信息，要注意的是空的GPIO信息也會被統(tǒng)計到，比如：
gpios = <0
&gpio1 1 2
0
&gpio2 3 4>;
上述代碼的“gpios”節(jié)點(diǎn)一共定義了4個GPIO，但是有2個是空的，沒有實際的含義。通過of_gpio_named_count函數(shù)統(tǒng)計出來的GPIO數(shù)量就是4個，此函數(shù)原型如下：
int of_gpio_named_count(struct device_node *np, const char *propname)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
np：設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
propname：要統(tǒng)計的GPIO屬性。
返回值：正值，統(tǒng)計到的GPIO數(shù)量；負(fù)值，失敗。
2、of_gpio_count函數(shù)
和of_gpio_named_count函數(shù)一樣，但是不同的地方在于，此函數(shù)統(tǒng)計的是“gpios”這個屬性的GPIO數(shù)量，而of_gpio_named_count函數(shù)可以統(tǒng)計任意屬性的GPIO信息，函數(shù)原型如下所示：
int of_gpio_count(struct device_node *np)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
np：設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
返回值：正值，統(tǒng)計到的GPIO數(shù)量；負(fù)值，失敗。
3、of_get_named_gpio函數(shù)
此函數(shù)獲取GPIO編號，因為Linux內(nèi)核中關(guān)于GPIO的API函數(shù)都要使用GPIO編號，此函數(shù)會將設(shè)備樹中類似<&gpioi 0(GPIO_ACTIVE_LOW | GPIO_PULL_UP)>的屬性信息轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的GPIO編號，此函數(shù)在驅(qū)動中使用很頻繁！函數(shù)原型如下：
int of_get_named_gpio(struct device_node *np,
const char *propname,
int index)
函數(shù)參數(shù)和返回值含義如下：
np：設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
propname：包含要獲取GPIO信息的屬性名。
index：GPIO索引，因為一個屬性里面可能包含多個GPIO，此參數(shù)指定要獲取哪個GPIO的編號，如果只有一個GPIO信息的話此參數(shù)為0。
返回值：正值，獲取到的GPIO編號；負(fù)值，失敗。
25.3 硬件原理圖分析
本實驗的硬件原理參考21.2小節(jié)即可。
25.4 實驗程序編寫
本實驗對應(yīng)的例程路徑為：開發(fā)板光盤 1、程序源碼2、Linux驅(qū)動例程5_gpioled。
本章實驗我們繼續(xù)研究LED燈，在第二十四章實驗中我們通過設(shè)備樹向dtsled.c文件傳遞相應(yīng)的寄存器物理地址，然后在驅(qū)動文件中配置寄存器。本章實驗我們使用gpio子系統(tǒng)來完成LED燈驅(qū)動。
25.4.1 修改設(shè)備樹文件
在stm32mp157d-atk.dts文件的根節(jié)點(diǎn)“/”下創(chuàng)建LED燈節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)名為“gpioled”，節(jié)點(diǎn)內(nèi)容如下：

示例代碼25.4.1.1 創(chuàng)建LED燈節(jié)點(diǎn) 1 gpioled { 2 compatible = "alientek,led"; 3 status = "okay"; 4 led-gpio = <&gpioi 0 GPIO_ACTIVE_LOW>; 5 }; 第4行，led-gpio屬性指定了LED燈所使用的GPIO，在這里就是GPIOI的0號，低電平有效。稍后編寫驅(qū)動程序的時候會獲取led-gpio屬性的內(nèi)容來得到GPIO編號，因為gpio子系統(tǒng)的API操作函數(shù)需要GPIO編號。設(shè)備樹編寫完成以后使用“make dtbs”命令重新編譯設(shè)備樹，然后使用新編譯出來的stm32mp157d-atk.dtb文件啟動Linux系統(tǒng)。啟動成功以后進(jìn)入“/proc/device-tree”目錄中查看“gpioled”節(jié)點(diǎn)是否存在，如果存在的話就說明設(shè)備樹基本修改成功(具體還要驅(qū)動驗證)，結(jié)果如圖25.4.1.1所示：

圖25.4.1.1 gpioled子節(jié)點(diǎn)
25.4.2 LED燈驅(qū)動程序編寫
設(shè)備樹準(zhǔn)備好以后就可以編寫驅(qū)動程序了，本章實驗在第四十四章實驗驅(qū)動文件dtsled.c的基礎(chǔ)上修改而來。新建名為“5_gpioled”文件夾，然后在5_gpioled文件夾里面創(chuàng)建vscode工程，工作區(qū)命名為“gpioled”。工程創(chuàng)建好以后新建gpioled.c文件，在gpioled.c里面輸入如下內(nèi)容：

示例代碼25.4.1.2 gpioled.c驅(qū)動文件代碼 1 #include <linux/types.h> 2 #include <linux/kernel.h> 3 #include <linux/delay.h> 4 #include <linux/ide.h> 5 #include <linux/init.h> 6 #include <linux/module.h> 7 #include <linux/errno.h> 8 #include <linux/gpio.h> 9 #include <linux/cdev.h> 10 #include <linux/device.h> 11 #include <linux/of.h> 12 #include <linux/of_address.h> 13 #include <linux/of_gpio.h> 14 #include <asm/mach/map.h> 15 #include <asm/uaccess.h> 16 #include <asm/io.h> 17 /*************************************************************** 18 Copyright ? ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved. 19 文件名 : gpioled.c 20 作者 : 正點(diǎn)原子Linux團(tuán)隊 21 版本 : V1.0 22 描述 : gpio子系統(tǒng)驅(qū)動LED燈。 23 其他 : 無 24 論壇 : www.openedv.com 25 日志 : 初版V1.0 2020/12/30 正點(diǎn)原子Linux團(tuán)隊創(chuàng)建 26 ***************************************************************/ 27 #define GPIOLED_CNT 1 /* 設(shè)備號個數(shù) */ 28 #define GPIOLED_NAME "gpioled" /* 名字 */ 29 #define LEDOFF 0 /* 關(guān)燈 */ 30 #define LEDON 1 /* 開燈 */ 31 32 /* gpioled設(shè)備結(jié)構(gòu)體 */ 33 struct gpioled_dev{ 34 dev_t devid; /* 設(shè)備號 */ 35 struct cdev cdev; /* cdev */ 36 struct class *class; /* 類 */ 37 struct device *device; /* 設(shè)備 */ 38 int major; /* 主設(shè)備號 */ 39 int minor; /* 次設(shè)備號 */ 40 struct device_node *nd; /* 設(shè)備節(jié)點(diǎn) */ 41 int led_gpio; /* led所使用的GPIO編號 */ 42 }; 43 44 struct gpioled_dev gpioled; /* led設(shè)備 */ 45 46 /* 47 * @description : 打開設(shè)備 48 * @param – inode : 傳遞給驅(qū)動的inode 49 * @param - filp : 設(shè)備文件，file結(jié)構(gòu)體有個叫做private_data的成員變量 50 * 一般在open的時候?qū)rivate_data指向設(shè)備結(jié)構(gòu)體。 51 * @return : 0 成功;其他 失敗 52 */ 53 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp) 54 { 55 filp->private_data = &gpioled; /* 設(shè)置私有數(shù)據(jù) */ 56 return 0; 57 } 58 59 /* 60 * @description : 從設(shè)備讀取數(shù)據(jù) 61 * @param - filp : 要打開的設(shè)備文件(文件描述符) 62 * @param - buf : 返回給用戶空間的數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 63 * @param - cnt : 要讀取的數(shù)據(jù)長度 64 * @param - offt : 相對于文件首地址的偏移 65 * @return : 讀取的字節(jié)數(shù)，如果為負(fù)值，表示讀取失敗 66 */ 67 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 68 { 69 return 0; 70 } 71 72 /* 73 * @description : 向設(shè)備寫數(shù)據(jù) 74 * @param – filp : 設(shè)備文件，表示打開的文件描述符 75 * @param - buf : 要寫給設(shè)備寫入的數(shù)據(jù) 76 * @param - cnt : 要寫入的數(shù)據(jù)長度 77 * @param - offt : 相對于文件首地址的偏移 78 * @return : 寫入的字節(jié)數(shù)，如果為負(fù)值，表示寫入失敗 79 */ 80 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) 81 { 82 int retvalue; 83 unsigned char databuf[1]; 84 unsigned char ledstat; 85 struct gpioled_dev *dev = filp->private_data; 86 87 retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt); 88 if(retvalue < 0) { 89 printk("kernel write failed!\r\n"); 90 return -EFAULT; 91 } 92 93 ledstat = databuf[0]; /* 獲取狀態(tài)值 */ 94 95 if(ledstat == LEDON) { 96 gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打開LED燈 */ 97 } else if(ledstat == LEDOFF) { 98 gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 關(guān)閉LED燈 */ 99 } 100 return 0; 101 } 102 103 /* 104 * @description : 關(guān)閉/釋放設(shè)備 105 * @param – filp : 要關(guān)閉的設(shè)備文件(文件描述符) 106 * @return : 0 成功;其他 失敗 107 */ 108 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp) 109 { 110 return 0; 111 } 112 113 /* 設(shè)備操作函數(shù) */ 114 static struct file_operations gpioled_fops = { 115 .owner = THIS_MODULE, 116 .open = led_open, 117 .read = led_read, 118 .write = led_write, 119 .release = led_release, 120 }; 121 122 /* 123 * @description : 驅(qū)動出口函數(shù) 124 * @param : 無 125 * @return : 無 126 */ 127 static int __init led_init(void) 128 { 129 int ret = 0; 130 const char *str; 131 132 /* 設(shè)置LED所使用的GPIO */ 133 /* 1、獲取設(shè)備節(jié)點(diǎn)：gpioled */ 134 gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled"); 135 if(gpioled.nd == NULL) { 136 printk("gpioled node not find!\r\n"); 137 return -EINVAL; 138 } 139 140 /* 2.讀取status屬性 */ 141 ret = of_property_read_string(gpioled.nd, "status", &str); 142 if(ret < 0) 143 return -EINVAL; 144 145 if (strcmp(str, "okay")) 146 return -EINVAL; 147 148 /* 3、獲取compatible屬性值并進(jìn)行匹配 */ 149 ret = of_property_read_string(gpioled.nd, "compatible", &str); 150 if(ret < 0) { 151 printk("gpioled: Failed to get compatible property\n"); 152 return -EINVAL; 153 } 154 155 if (strcmp(str, "alientek,led")) { 156 printk("gpioled: Compatible match failed\n"); 157 return -EINVAL; 158 } 159 160 /* 4、 獲取設(shè)備樹中的gpio屬性，得到LED所使用的LED編號 */ 161 gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0); 162 if(gpioled.led_gpio < 0) { 163 printk("can't get led-gpio"); 164 return -EINVAL; 165 } 166 printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio); 167 168 /* 5.向gpio子系統(tǒng)申請使用GPIO */ 169 ret = gpio_request(gpioled.led_gpio, "LED-GPIO"); 170 if (ret) { 171 printk(KERN_ERR "gpioled: Failed to request led-gpio\n"); 172 return ret; 173 } 174 175 /* 6、設(shè)置PI0為輸出，并且輸出高電平，默認(rèn)關(guān)閉LED燈 */ 176 ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1); 177 if(ret < 0) { 178 printk("can't set gpio!\r\n"); 179 } 180 181 /* 注冊字符設(shè)備驅(qū)動 */ 182 /* 1、創(chuàng)建設(shè)備號 */ 183 if (gpioled.major) { /* 定義了設(shè)備號 */ 184 gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0); 185 ret = register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME); 186 if(ret < 0) { 187 pr_err("cannot register %s char driver [ret=%d]\n", GPIOLED_NAME, GPIOLED_CNT); 188 goto free_gpio; 189 } 190 } else { /* 沒有定義設(shè)備號 */ 191 ret = alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME); /* 申請設(shè)備號 */ 192 if(ret < 0) { 193 pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n", GPIOLED_NAME, ret); 194 goto free_gpio; 195 } 196 gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 獲取分配好的主設(shè)備號 */ 197 gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 獲取分配好的次設(shè)備號 */ 198 } 199 printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor); 200 201 /* 2、初始化cdev */ 202 gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE; 203 cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops); 204 205 /* 3、添加一個cdev */ 206 cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT); 207 if(ret < 0) 208 goto del_unregister; 209 210 /* 4、創(chuàng)建類 */ 211 gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME); 212 if (IS_ERR(gpioled.class)) { 213 goto del_cdev; 214 } 215 216 /* 5、創(chuàng)建設(shè)備 */ 217 gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL,gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME); 218 if (IS_ERR(gpioled.device)) { 219 goto destroy_class; 220 } 221 return 0; 222 223 destroy_class 224 class_destroy(gpioled.class); 225 del_cdev: 226 cdev_del(&gpioled.cdev); 227 del_unregister: 228 unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); 229 free_gpio: 230 gpio_free(gpioled.led_gpio); 231 return -EIO; 232 } 233 234 /* 235 * @description : 驅(qū)動出口函數(shù) 236 * @param : 無 237 * @return : 無 238 */ 239 static void __exit led_exit(void) 240 { 241 /* 注銷字符設(shè)備驅(qū)動 */ 242 cdev_del(&gpioled.cdev); /* 刪除cdev */ 243 unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); 244 device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid); 245 class_destroy(gpioled.class); /* 注銷類 */ 246 gpio_free(gpioled.led_gpio); /* 釋放GPIO */ 247 } 248 249 module_init(led_init); 250 module_exit(led_exit); 251 MODULE_LICENSE("GPL"); 252 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK"); 253 MODULE_INFO(intree, "Y");

第41行，在設(shè)備結(jié)構(gòu)體gpioled_dev中加入led_gpio這個成員變量，此成員變量保存LED等所使用的GPIO編號。
第55行，將設(shè)備結(jié)構(gòu)體變量gpioled設(shè)置為filp的私有數(shù)據(jù)private_data。
第85行，通過讀取filp的private_data成員變量來得到設(shè)備結(jié)構(gòu)體變量，也就是gpioled。這種將設(shè)備結(jié)構(gòu)體設(shè)置為filp私有數(shù)據(jù)的方法在Linux內(nèi)核驅(qū)動里面非常常見。
第96、98行，直接調(diào)用gpio_set_value函數(shù)來向GPIO寫入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)開/關(guān)LED的效果。不需要我們直接操作相應(yīng)的寄存器。
第134行，獲取節(jié)點(diǎn)“/gpioled”。
第141~146行，獲取“status”屬性的值，判斷屬性是否“okay”。
第149~153行，獲取compatible屬性值并進(jìn)行匹配。
第161行，通過函數(shù)of_get_named_gpio函數(shù)獲取LED所使用的LED編號。相當(dāng)于將gpioled節(jié)點(diǎn)中的“l(fā)ed-gpio”屬性值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的LED編號。
第169行，通過函數(shù)gpio_request向GPIO子系統(tǒng)申請使用PI0。
第176行，調(diào)用函數(shù)gpio_direction_output設(shè)置PI0這個GPIO為輸出，并且默認(rèn)高電平，這樣默認(rèn)就會關(guān)閉LED燈。
可以看出gpioled.c文件中的內(nèi)容和第二十四章的dtsled.c差不多，只是取消掉了配置寄存器的過程，改為使用Linux內(nèi)核提供的API函數(shù)。在GPIO操作上更加的規(guī)范化，符合Linux代碼框架，而且也簡化了GPIO驅(qū)動開發(fā)的難度，以后我們所有例程用到GPIO的地方都采用此方法。
25.4.3 編寫測試APP
本章直接使用第四十二章的測試APP，將上一章的ledApp.c文件復(fù)制到本章實驗工程下即可。
25.5 運(yùn)行測試
25.5.1 編譯驅(qū)動程序和測試APP
1、編譯驅(qū)動程序
編寫Makefile文件，本章實驗的Makefile文件和第二十章實驗基本一樣，只是將obj-m變量的值改為gpioled.o，Makefile內(nèi)容如下所示：

示例代碼25.5.1.1 Makefile文件 1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/my_linux/linux-5.4.31 ...... 4 obj-m := gpioled.o ...... 11 clean: 12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean 第4行，設(shè)置obj-m變量的值為gpioled.o。 輸入如下命令編譯出驅(qū)動模塊文件：

make -j32
編譯成功以后就會生成一個名為“gpioled.ko”的驅(qū)動模塊文件。
2、編譯測試APP
輸入如下命令編譯測試ledApp.c這個測試程序：
arm-none-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp
編譯成功以后就會生成ledApp這個應(yīng)用程序。
25.5.2 運(yùn)行測試
將上一小節(jié)編譯出來的gpioled.ko和ledApp這兩個文件拷貝到rootfs/lib/modules/5.4.31目錄中，重啟開發(fā)板，進(jìn)入到目錄lib/modules/5.4.31中，輸入如下命令加載gpioled.ko驅(qū)動模塊：
depmod //第一次加載驅(qū)動的時候需要運(yùn)行此命令
modprobe gpioled //加載驅(qū)動
驅(qū)動加載成功以后會在終端中輸出一些信息，如圖25.5.2.1所示：

圖25.5.2.1 驅(qū)動加載成功以后輸出的信息
從圖25.5.2.1可以看出，gpioled這個節(jié)點(diǎn)找到了，并且PI0這個GPIO的編號為128。驅(qū)動加載成功以后就可以使用ledApp軟件來測試驅(qū)動是否工作正常，輸入如下命令打開LED燈：
./ledApp /dev/gpioled 1 //打開LED燈
輸入上述命令以后觀察開發(fā)板上的紅色LED燈是否點(diǎn)亮，如果點(diǎn)亮的話說明驅(qū)動工作正常。在輸入如下命令關(guān)閉LED燈：
./ledApp /dev/gpioled 0 //關(guān)閉LED燈
輸入上述命令以后觀察開發(fā)板上的紅色LED燈是否熄滅。如果要卸載驅(qū)動的話輸入如下命令即可：
rmmod gpioled.ko

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【正点原子MP157连载】第二十五章 pinctrl和gpio子系统实验-摘自【正点原子】STM32MP1嵌入式Linux驱动开发指南V1.7的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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