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外观

08、GPIO 控制器驱动 ​

image

控制器需要实现以下功能：

  1. 设置GPIO方向
    提供设置GPIO引脚为输入或输出模式的方法。
  2. 读写GPIO值
    包含两种方法：
  • 读取指定GPIO引脚的当前电平状态
  • 设置指定GPIO引脚的输出电平状态
  1. GPIO到中断映射
    能够将指定的GPIO引脚与中断请求（IRQ）关联，并返回对应的中断编号。
  2. 睡眠状态标识
    每个方法必须明确标注：在调用过程中是否会进入睡眠状态（等待其他资源/操作完成）。这非常重要！
  3. 可选调试功能
    可选实现debugfs接口的dump方法，用于输出额外状态信息（如上拉电阻配置等调试数据）

每个功能点都使用简单直白的表述，避免技术术语堆砌，同时保持逻辑顺序合理。关键点（如第4项）通过加粗和强调标注来突出重要性。

一、数据结构 ​

C
struct gpio_chip {
  const char *label;
  struct device *dev;
  struct module *owner;

  int (*request)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
  void (*free)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
  int (*get_direction)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
  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);
  void (*set_multiple)(struct gpio_chip *chip, unsigned long *mask,
            unsigned long *bits);
  int (*set_debounce)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset,
            unsigned debounce);

  int (*to_irq)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);

  int base;
  u16 ngpio;
  const char *const *names;
  bool can_sleep;
  bool irq_not_threaded;
  bool exported;

#ifdef CONFIG_GPIOLIB_IRQCHIP
  /*
   * 通过CONFIG_GPIOLIB_IRQCHIP，我们在gpiolib中获得了一个irqchip
   * 用于处理大多数实际情况下的IRQ
   */
  struct irq_chip *irqchip;
  struct irq_domain *irqdomain;
  unsigned int irq_base;
  irq_flow_handler_t  irq_handler;
  unsigned int irq_default_type;
#endif

#if defined(CONFIG_OF_GPIO)
  /*
   * 如果启用了CONFIG_OF，那么设备树中描述的所有GPIO控制器都将
   * 自动具有一个转换
   */
  struct device_node *of_node;
  int of_gpio_n_cells;
  int (*of_xlate)(struct gpio_chip *gc,
      const struct of_phandle_args *gpiospec, u32 *flags);
}

二、RK GPIO控制器 ​

  • request：该参数为选项，它是芯片特有的激活钩子函数，如果提供，每当调用gpio_request()或gpiod_get()分配GPIO之前执行它。
  • free：该参数为选项，它是芯片特有的停用钩子函数，如果提供，每当调用gpiod_put()或gpio_free()时在释放GPIO之前执行它。
  • get_direction：当需要了解GPIO offset的方向时执行它。返回0表示输出，返回1表示输入（与GPIOF_DIR_XXX相同），出错时返回负值。
  • direction_input：将信号offset配置为输入，否则返回错误。
  • get：返回GPIO offset的值。对于输出信号，返回实际检测到的值或零。
  • set：将输出值赋给GPIO offset。
C
static const struct gpio_chip rockchip_gpiolib_chip = {
        .request = gpiochip_generic_request,
        .free = gpiochip_generic_free,
        .set = rockchip_gpio_set,
        .get = rockchip_gpio_get,
        .get_direction  = rockchip_gpio_get_direction,
        .direction_input = rockchip_gpio_direction_input,
        .direction_output = rockchip_gpio_direction_output,
        .set_config = rockchip_gpio_set_config,
        .to_irq = rockchip_gpio_to_irq,
        .owner = THIS_MODULE,
};
C
static int rockchip_gpiolib_register(struct rockchip_pin_bank *bank)
{
        struct gpio_chip *gc;
        int ret;

        bank->gpio_chip = rockchip_gpiolib_chip;

        gc = &bank->gpio_chip;
        gc->base = bank->pin_base;
        gc->ngpio = bank->nr_pins;
        gc->label = bank->name;
        gc->parent = bank->dev;
#ifdef CONFIG_OF_GPIO
        gc->of_node = of_node_get(bank->of_node);
#endif

       ret = gpiochip_add_data(gc, bank);
        if (ret) {
                dev_err(bank->dev, "failed to add gpiochip %s, %d\n", gc->label, ret);
                return ret;
        }
        if (!of_property_read_bool(bank->of_node, "gpio-ranges")) {
                struct device_node *pctlnp = of_get_parent(bank->of_node);
                struct pinctrl_dev *pctldev = NULL;

                if (!pctlnp)
                        return -ENODATA;

                pctldev = of_pinctrl_get(pctlnp);
                if (!pctldev)
                        return -ENODEV;

                ret = gpiochip_add_pin_range(gc, dev_name(pctldev->dev), 0, gc->base, gc->ngpio);
                if (ret) {
                        dev_err(bank->dev, "Failed to add pin range\n");
                        goto fail;
                }
        }

        ret = rockchip_interrupts_register(bank);
        if (ret) {
                dev_err(bank->dev, "failed to register interrupt, %d\n", ret);
                goto fail;
        }

fail:
        gpiochip_remove(&bank->gpio_chip);

        return ret;
}

gpiolib.c

gpiochip_add_data_with_key

三、GPIO控制器的sysfs接口 ​

当成功调用gpiochip_add()函数后，系统会在/sys/class/gpio/目录下创建一个类似gpiochipX的新目录（X代表该GPIO控制器提供的第一个GPIO编号）。这个目录包含以下只读属性：

  1. base：显示X的数值，表示该芯片管理的GPIO起始编号。例如，若路径是gpiochip20，这里的base值就是20，说明该芯片从GPIO 20号开始提供引脚。
  2. label：显示芯片名称（可能不唯一），用于识别或调试时参考（例如"LED Controller"）。
  3. ngpio：显示该芯片能管理的GPIO总数。例如如果ngpio是32，那么该芯片实际提供GPIO编号为X到X+31（比如20-51）。

所有上述信息都是系统自动生成且不可修改的，只能查看不能编辑。

四、GPIO控制器和设备树 ​

在设备树中声明GPIO控制器时，需要遵循以下规则：

  1. 必须设置标识属性
    每个GPIO控制器节点都必须添加gpio-controller属性（布尔值，表示这是一个GPIO控制器）。

  2. 支持中断时添加参数
    如果该控制器能处理中断信号：

    • 需要添加interrupt-cells属性，通常设为<2>。

    • 这两个参数分别表示：

      • 第一个单元：GPIO引脚编号
      • 第二个单元：中断触发方式（如上升沿/下降沿等）

  3. GPIO参数的定义
    必须设置gpio-cells属性，通常设为<2>：

    • 第一个单元：指定GPIO的物理编号
    • 第二个单元：标识GPIO功能（如方向、电平状态等）

  4. 实际使用中的简化情况
    对于大多数非内存映射的GPIO控制器：

    • 第二个参数（标识/触发方式）通常不使用或设为默认值
    • 可直接通过第一个参数（GPIO编号）快速配置

这样设置后，系统就能通过这两个参数正确识别和控制GPIO引脚的功能。：