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linux内核pinctrl/gpio子系统驱动笔记

java 2025/5/12 13:55:53

一、简单介绍

GPIO子系统: Linux GPIO子系统是Linux内核中负责处理GPIO（通用输入输出）的一部分。它提供了一套接口，使得硬件工程师和软件开发者能够方便地使用和控制GPIO(来自百度百科);
Linux的pinctrl子系统是一种提供引脚复用和引脚配置的机制，它允许内核或者用户空间动态地控制硬件的引脚功能(来自百度百科);

二、主要源码文件和目录

gpio子系统

目录 linux-5.10.1xx/drivers/gpio/ ;
gpio-dwapb.c ：以DesignWare的IP库为例,具体芯片平台架构gpio外设的适配文件,其它平台gpio-xxxx.c 同理;
gpiolib-devres.c: 主要关于struct gpio_desc结构的操作；
gpiolib.c : gpio子系统和核心层;
gpiolib-sysfs.c : 在用户空间通过sysfs文件系统导出引脚,操作引脚的底层实现函数;
gpiolib-cdev.c : struct gpio_device结构注册为字符设备,操作相关函数;
gpiolib-legacy.c : 几个操作函数;
gpiolib-of.c : 关于gpio设备树配置解析的操作函数封装;
gpio-mmio.c : struct gpio_chip的钩子函数的定义在此处;

文件整体调用关系图:
在这里插入图片描述

pinctrl子系统

目录 linux-5.10.xxx/drivers/pinctrl/;
core.c：pinctrl核心，向外暴露的接口可以链接其它文件中的调用流程转换；
devicetree.c ：解析某个设备的设备树中关于引脚的设置，如解析pinctrl-0属性；
pinconf-generic.c: 操作设备树节点到 struct pinctrl_map结构的函数封装和pinctrl-utils.c 中接口配合使用；
pinconf.c : 操作struct pinctrl_map 和 struct pinctrl_setting的辅助接口；
pinctrl-xxxxx.c：具体芯片平台解析设备树pinctrl外设的probe函数，自定义结构的定义包含struct pinctrl_dev 是它的派生类；
pinctrl-utils.c ：struct pinctrl_map 结构成员的操作；
pinmux.c: 请求pin引脚为某种复用功能时的函数集合，向下调用struct pinmux_ops *ops->set_mux成员函数，具体将配置进行执行到寄存器的操作实现；

文件整体调用关系图:
在这里插入图片描述

两个子系统之间的关系

核心纽带数据结构:

//此结构定义的是gpio空间和pinctrl空间一段对应的引脚范围
struct pinctrl_gpio_range{struct list_head node;const char *name;unsigned int id;unsigned int base;//gpio空间此段gpio编号的开始unsigned int pin_base;//pinctrl空间此段pin空间的开始unsigned const *pins;unsigned int npins;//此段范围总的引脚个数struct gpio_chip *gc;
}

图示:

在这里插入图片描述

设备树例子

以DesignWare的IP库为例，led gpio和pinctrl为两个外设
led设备设备树：

leds {compatible = "gpio-leds";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&leds_gpio>;status = "okay";heartbeat {label = "Heartbeat";gpios = <&port1 23 GPIO_ACTIVE_HIGH>;linux,default-trigger = "heartbeat";};};

gpio外设设备树：

gpio@地址 {compatible = "snps,dw-apb-gpio";reg = <0x0xxxxxxx 0xxxxx>;#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;port1: gpio@0 {compatible = "snps,dw-apb-gpio-port";gpio-controller;#gpio-cells = <2>;snps,nr-gpios = <32>;reg = <0>;};port2: gpio@1 {compatible = "snps,dw-apb-gpio-port";gpio-controller;#gpio-cells = <2>;snps,nr-gpios = <32>;reg = <1>;};};

pinctrl外设设备树：

pinctrl@地址 {leds_gpio: leds_gpio {xxx,pins = <PF5>;    xxx,pull = <XXX_PULL_UP>;xxx,function = <XXX_FUNC_XXX>;};}；

三、主要的数据结构

gpio子系统

struct gpio_chip：理解为一个gpio外设控制器或者gpio外设控制器下的某个端口的表示（每个端口有一组引脚）；
struct gpio_device： struct gpio_chip的另一种表示，包含struct gpio_descs和struct gpio_chip的指针；
struct gpio_descs: 某个gpio外设或者gpio外设控制器下的某个端口下的某个引脚的表示，如一个外设或者端口下有个32个引脚那么每个引脚都会分配一个这样的结构；

pinctrl子系统

struct pinctrl：具体的设备在获取pinctrl-0属性前会生成一个这个结构，其中的 dev执行具体设备的dev；
struct pinctrl_dev：包括 struct pin_desc ，struct pinctrl_desc 等；
struct pinctrl_gpio_range：定义gpio和pinctrl一段引脚映射的关系；
struct pinctrl_map：对引脚的配置的一种表示,比如a引脚上拉是一个map，a引脚为gpio是一个map，其中的type成员会具体区分；
struct pin_desc：关注成员gpio_owner；
struct pinctrl_pin_desc ：注意和struct pin_desc的区分，表示pin号和pin的名字；

四、驱动初始化流程

1、pinctrl外设解析注册过程

xxxxx_probe(pinctrl-xxxx.c)->
devm_pinctrl_register(core.c) ->
pinctrl_register(core.c)->
pinctrl_enable 注册pinctrl外设到核心层的队列pinctrldev_list里；
调用过程中会涉及到pinctrl子系统中以上主要数据struct pinctrl_dev, struct pinctrl_pin_desc ，struct pin_desc等的创建和初始化；

2、具体设备根据设备中引脚的配置调用struct pinctrl_dev 的 struct pinctrl_desc的struct pinmux_ops钩子函数配置引脚

内核源码/drivers/base/dd.c ->
pinctrl_init_done（core.c）->
pinctrl_commit_state （core.c）->
pinmux_enable_setting (pinmux.c)->
pinmux_ops *ops->set_mux( pinctrl-xxxx.c 中注册的struct pinmux_ops 成员)

3、具体设备调用struct pinctrl_dev 的 struct pinctrl_desc的pinctrl_ops的 dt_node_to_map，通过解析具体设备的引脚配置生成 pinctrl_map的过程

内核源码/drivers/base/pinctrl.c -> devm_pinctrl_get(core.c)->
pinctrl_get(core.c)->
create_pinctrl(dev, NULL);(pinctrl/core.c) ->
pinctrl_dt_to_map(devicetree.c) 循环调用 ->
dt_to_map_one_config（devicetree.c ）->
dt_node_to_map(pinctrl-xxxx.c 中注册的struct pinctrl_ops 成员)
设备在解析设备树获取引脚配置时会根据设备的设备树pinctrl-0等状态生成struct pinctrl结构，解析设备树引脚配置生成 struct pinctrl_map 并挂到struct pinctrl的链表成员中，需要仔细看代码理解；

五、难点说明

1、pinctrl子系统struct pinctrl_map 结构说明

struct pinctrl_map {const char *dev_name;const char *name;enum pinctrl_map_type type; //const char *ctrl_dev_name;union {struct pinctrl_map_mux mux;struct pinctrl_map_configs configs;} data;
};