迅为嵌入式linux驱动开发笔记（五）—pinctl和gpio子系统
一、pinctl和gpio子系统
pinctrl子系统
设置引脚的复用关系和电气属性。
2、Linux Pinctrl 子系统提供的功能是什么？
（ 1 ） 管理系统中所有的可以控制的 pin ， 在系统初始化的时候，枚举所有可以控制的 pin ， 并标识这些 pin 。
（ 2 ） 管理这些 pin 的复用（ Multiplexing ）。对于 SOC 而言，其引脚除了配置成普通 的 GPIO 之外，若干个引脚还可以组成一个 pin group，形成特定的功能。
（ 3 ） 配置这些 pin 的特性。例如使能或关闭引脚上的 pull-up 、pull-down 电阻，配置引脚的 driver strength 。
3、不同 soc 厂家的 pin controller 的节点这些节点里都是把某些引脚复用成某些功能。
4、不同 soc 厂家的 pin controller 的节点里面的属性都是什么意思？
可以通过 Linux 源码目录 /Documentation/devicetree/bindings 下的 txt 文档查看。
5、怎么在代码里面使用 pin controller 里面定义好的节点？
例 1 ：
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
含义：
<1>pinctrl-names = “default”;
设备的状态，可以有多个状态， default 为状态 0
<2>pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
第 0 个状态所对应的引脚配置，也就是 default 状态对应的引脚在 pin controller 里面定义好 的节点 pinctrl_hog_1 里面的管脚配置
例 2 ：
pinctrl-names = "default" ， "wake up";
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
pinctrl-1 = <&pinctrl_hog_2>;
含义
<1>pinctrl-names = “default” ， “wake up”;
设备的状态，可以有多个状态， default 为状态 0 ， wake up 为状态 1
<2>pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
第 0 个状态所对应的引脚配置，也就是 default 状态对应的引脚在 pin controller 里面定义好 的节点 pinctrl_hog_1 里面的管脚配置
<3>pinctrl-1 = <&pinctrl_hog_2>;
第 1 个状态所对应的引脚配置，也就是 wake up 状态对应的引脚在 pin controller 里面定义 好的节点 pinctrl_hog_2 里面的管脚配置
例 3 ：
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1 &pinctrl_hog_2>;
含义
<1>pinctrl-names = “default”; 设备的状态，可以有多个状态， default 为状态 0
<2>pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1 &pinctrl_hog_2>;
第 0 个状态所对应的引脚配置，也就是 default 状态对应的引脚在 pin controller 里面定义好 的节点 , 对应pinctrl_hog_1 和 pinctrl_hog_2 这俩个节点的管脚配置。
gpio 子系统
那么我们先来看一下怎么在设备树中 pinctrl 和 gpio 子系统描述一个 gpio 。
当pinctrl 把引脚设置为gpio子系统之后，就可以用gpio子系统来控制引脚了。
<1> 设备树使用 pinctrl 和 gpio 子系统描述一个 gpio 。
test1:test{
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "test";
reg = <0x20ac000 0x0000004>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_test>;
test-gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
<2> 常用 gpio 子系统提供的 api 函数
1 、 gpio_request 函数
作用： gpio_request 函数用于申请一个 GPIO 管脚
函数原型：
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)
参数：
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。 返回值： 0 ， 申请成功；其他值，申请失败。
2 、 gpio_free 函数
作用：如果不使用某个 GPIO 了，那么就可以调用 gpio_free 函数进行释放。
函数原型： void gpio_free(unsigned gpio)
参数： gpio ： 要释放的 gpio 标号。
返回值：无。
3 、 gpio_direction_input 函数
作用： 此函数用于设置某个 GPIO 为输入
函数原型：
int gpio_direction_input(unsigned gpio)
参数 : gpio ： 要设置为输入的 GPIO 标号。
返回值：设置成功返回 0 ； 设置失败返回负值
4 、 gpio_direction_output 函数
作用：此函数用于设置某个 GPIO 为输出，并且设置默认输出值
函数原型：
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
参数：
gpio ： 要设置为输出的 GPIO 标号。
value ： GPIO 默认输出值。 返回值：设置成功返回 0 ； 设置失败返回负值
5 、 gpio_get_value 函数
作用： 此函数用于获取某个 GPIO 的值 (0 或 1)
函数原型：
int __gpio_get_value(unsigned gpio)
参数：
gpio ： 要获取的 GPIO 标号。
返回值：成功返回 GPIO 值，失败返回负值。
6 、 gpio_set_value 函数
作用： 此函数用于设置某个 GPIO 的值 函数原型：
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
参数： gpio ： 要设置的 GPIO 标号。
value ： 要设置的值。 返回值：无
7 、 of_get_named_gpio
函数作用： 此函数获取 GPIO 编号，因为 Linux 内核中关于 GPIO 的 API 函数都要使用 GPIO 编 号，此函数会将设备树中类似 <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW> 的属性信息转换为对应的 GPIO 编号，函数原型如下：
int of_get_named_gpio(struct device_node *np,const char *propname,int index)
参数：
np ： 设备节点。
propname ： 包含要获取 GPIO 信息的属性名。
index ： 因为一个属性里面可能包含多个 GPIO ，此参数指定要获取哪个 GPIO 的编号，如果 只有一个 GPIO 信息的话此参数为 0 。
返回值：
成功返回到的 GPIO 编号，失败返回一个负数。
实践课
使用gpio子系统控制蜂鸣器，基本配置文件如下所示：
.
.
.
.
.
.
.
beep_gpio = of_get_named_gpio(test_device_node,"beep_gpio",0);
if (beep_gpio < 0){
printk("of_get_named_gpio is erron\n");
return -1;
}
printk("beep_gpio is %d\n",beep_gpio);
ret = gpio_request(beep_gpio,"beep_gpio");
if (ret<0)
{
printk("gpio_request is erron\n");
return -1;
}
gpio_direction_output(beep_gpio,1);//引脚配置
ret = misc_register(&misc_dev);//注册杂项设备
if (ret<0)
{
printk("misc_register is error\n");
return -1;
}
在杂项设备中，颠覆了以往使用蜂鸣器，而使用gpio子系统控制蜂鸣器。
if (kbuf[0] == 1)
gpio_set_value(beep_gpio,1);//open 寄存器操作换成了GPIO子系统的函数
else if (kbuf[0] == 0)
gpio_set_value(beep_gpio,0);//close
ioctl接口
unlocked_ioctl 接口
1、什么是 unlocked_ioctl 接口？
unlocked_ioctl 就是 ioctl 接口，但是功能和对应的系统调用均没有发生变化。
2、 unlocked_ioctl 和 read/write 函数有什么相同点和不同点？
相同点：都可以往内核写数据。
不同点： read 函数只能完成读的功能，write 只能完成写的功能。 但是读取大数据的时候效率高。
ioctl 既可以读也可以写。读取大数据的时候效率不高。
3、unlocked_ioctl 接口命令规则。
一共是32位。
第一个分区：0-7，命令的编号，范围是 0-255。
第二个分区：8-15 ，命令的幻数。
第一个分区和第二个分区主要作用是用来区分命令的。编号一样，幻数不能一样。
第三个分区： 16-29 表示传递的数据大小。
第四个分区： 30-31 代表读写的方向。因为ioctl既可以读也可以写。
00 ： 表示用户程序和驱动程序没有数据传递
10 ： 表示用户程序从驱动里面读数据
01 ： 表示用户程序向驱动里面写数据
11 ： 先写数据到驱动里面，然后在从驱动里面把数据读出来。（用得不多）
4、 命令的合成宏与分解宏
合成宏：
_IO(type,nr) ： 用来定义没有数据传递的命令
_IOR(type,nr,size) ： 用来定义从驱动中读取数据的命令
_IOW(type,nr,size) ： 用来定义向驱动写入数据的命令
_IOWR(type,nr,size) ：用来定义数据交换类型的命令，先写入数据，再读取数据这类命令。
参数： type ： 表示命令组成的魔数，也就是 8~15 位
nr ： 表示命令组成的编号，也就是 0~7 位
size ： 表示命令组成的参数传递大小，注意这里不是传递数字，而是数据类型，如要传递 4 字节，就可以写成 int
分解宏：
_IOC_DIR(nr) 分解命令的方向,也就是上面说 30~31 位的值
_IOC_TYPE(nr) 分解命令的魔数，也就是上面说 8~15 位的值
_IOC_NR(nr) 分解命令的编号，也就是上面说 0~7 位
_IOC_SIZE(nr) 分解命令的复制数据大小，也就是上面说的 16~29 位
参数说明： nr ： 要分解的命令
实践课
通过应用层传递参数到驱动层控制硬件io。
驱动层代码:
#define CMD_TEST0 _IO('L',0)
#define CMD_TEST1 _IO('L',1)
#define CMD_TEST2 _IOW('L',2,int)
#define CMD_TEST3 _IOW('L',3,int)
#define CMD_TEST4 _IOW('L',4,int)
long misc_ioctl(struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long value)
{
int val;
switch(cmd){
case CMD_TEST0:
printk("LED ON!!!\n");
printk("value is %ld\n",value);
break;
case CMD_TEST1:
printk("LED OFF!!!\n");
printk("value is %ld\n",value);
break;
case CMD_TEST4:
val = 12;
//从驱动中读取数据
if(copy_to_user((int *)value,&val,sizeof(val))!=0)
{
printk("copy to user error\n");
return -1;
}
break;
}
return 0;
}
struct file_operations misc_fops ={
.owner = THIS_MODULE,
.open = misc_open,
.release = misc_close,
.read = misc_read,
.write = misc_write,
.unlocked_ioctl = misc_ioctl//添加结构体成员
};
应用层代码：
#include