pinctrl/gpio子系统（1）-pinctrl子系统介绍及驱动源码分析

1.简介

在如今的驱动开发工作中，实际上已经很少去对着寄存器手册进行驱动开发了，一般板子拿到手，已经有原厂的驱动开发工程师，在gpio子系统、pinctrl子系统中将自家芯片的引脚适配好了。
我们直接基于设备树已配置好的寄存器值，去使用子系统对应的API函数，就能快速完成驱动开发，不需要再那么关心IO寄存器的值，借助这种驱动分层的思想，快速完成驱动开发。

其中配置一个GPIO最重要的几点就是配置IO的MUX复用属性，PAD电气属性，输入及输出

pinctrl 子系统作用：从设备树中获取PIN 的复用（MUX）和电气属性（PAD），并完成初始化等，PIN 可复用为 I2C、SPI、GPIO，当复用为gpio的时候，就需要用到gpio子系统
gpio 子系统作用：方便开发者使用gpio，负责初始化 GPIO 并且提供相应的 API 函数，比如设置 GPIO 为输入输出，读取 GPIO 的值

1.1 pinctrl和gpio子系统分层思想

在加入gpio子系统和pinctrl系统后，对gpio的操作，将通过pinctrl子系统设置IO复用及电气属性配置，gpio子系统控制输入/输出，读取gpio值等。当原厂bsp工程师适配好设备树后，借助子系统去完成驱动开发将变的十分简单。

其中gpio子系统和pinctrl子系统的关系如下图，相互依赖密不可分。

2.pinctrl子系统

2.1驱动源码分析

那么以MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19这个引脚为例子，来解析如何使用设备树+设备驱动完成引脚配置。
例如，arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi中，子节点iomuxc为：

iomuxc: iomuxc@020e0000 {
   
    compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc";
    reg = <0x020e0000 0x4000>;
};

而在arch/arm/boot/dts/imx6ull-alientek-emmc.dts中，对iomuxc子节点进行修改

&iomuxc {
   
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
	imx6ul-evk {
   
		pinctrl_hog_1: hoggrp-1 {
   
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19	0x17059 /* SD1 CD */
				MX6UL_PAD_GPIO1_IO05__USDHC1_VSELECT	0x17059 /* SD1 VSELECT */
				MX6UL_PAD_GPIO1_IO00__ANATOP_OTG1_ID    0x13058 /* USB_OTG1_ID */
			>;
		};

其中MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19宏定义的具体含义，可以参考下下面的pinctrl配置信息，先不放这个章节

其中的compatible属性为fsl,imx6ul-iomuxc，那么Linux内核就会根据这个字段，查找相应的驱动文件。
全局搜索后找到drivers/pinctrl/freescale/pinctrl-imx6ul.c中的OF表有匹配的属性

static struct of_device_id imx6ul_pinctrl_of_match[] = {
   
	{
    .compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc", .data = &imx6ul_pinctrl_info, },
	{
    .compatible = "fsl,imx6ull-iomuxc-snvs", .data = &imx6ull_snvs_pinctrl_info, },
	{
    /* sentinel */ }
};

当设备和驱动匹配的时候，就会调用对应的probe成员函数，在其中完成PIN配置

随后调用pinctrl_register向Linux内核注册一个PIN控制器

imx_pinctrl_desc->name = dev_name(&pdev->dev);
imx_pinctrl_desc->pins = info->pins;
imx_pinctrl_desc->npins = info->npins;
imx_pinctrl_desc->pctlops = &imx_pctrl_ops;
imx_pinctrl_desc->pmxops = &imx_pmx_ops;
imx_pinctrl_desc->confops = &imx_pinconf_ops;
imx_pinctrl_desc->owner = THIS_MODULE;

ret = imx_pinctrl_probe_dt(pdev, info);
if (ret) {
   
    dev_err(&pdev->dev, "fail to probe dt properties\n");
    return ret;
}

ipctl->info = info;
ipctl->dev = info->dev;
platform_set_drvdata(pdev, ipctl);
ipctl->pctl = pinctrl_register(imx_pinctrl_desc, &pdev->dev, ipctl);
if (!ipctl->pctl) {
   
    dev_err(&pdev->dev, "could not register IMX pinctrl driver\n");
    return -EINVAL;
}

在其中的pctlops，pmxops，confops都是PIN的配置函数，借助这些函数来完成PIN 配置，其他的就留着之后再分析啦~

2.2pinctrl配置信息

宏定义MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19为：

#define MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19          0x0090 0x031C 0x0000 0x5 0x0

分别对应的值为：<mux_reg conf_reg input_reg mux_mode input_val>

则代表：
mux_reg:IO复用寄存器地址（MUX类） = 0x0090
conf_reg：io配置寄存器地址（PAD类）= 0x031C
input_reg：输入寄存器地址 = 0x0000
mux_mode：mux_reg寄存器值 = 0x5
input_val：input_reg值 = 0x0
0x17059：conf_reg寄存器值

如上面iomuxc节点的reg地址为0x020e0000，则代表MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19的复用寄存器地址为0x020e0000+0x0090=0x020e0090

mux_mode = 0x5 则代表io复用为GPIO1_IO19

conf_reg = 0x020e031C，寄存器地址为0x020e031C，值为0x17059

2.3添加pinctrl节点过程

多说不如多做，实战添加外设的pin信息。
iomuxc下imx6ul-evk节点添加pinctrl test子节点

pinctrl_test : testgrp {
   
    fsl,pins = <
        MX6UL_PAD_GPIO1_IO00__GPIO1_IO00 config //待结合gpio子系统来添加具体值，这里先不写
        >;
};

这样就完成了一个gpio的pinctrl子系统配置。这里因为复用为gpio，所以需要用到gpio子系统，gpio子系统中再继续完成这个实战~

3.最后

哈喽~我是徐章鑫，沪漂嵌入式开发工程师一枚，立志成为嵌入式全栈开发工程师，成为优秀博客创作者，共同学习进步。
以上代码全部放在我私人的github地址，其中有许多自己辛苦敲的例程源码，供大家参考、批评指正，有兴趣还可以直接提patch修改我的仓库~：
https://github.com/Xuzhangxin
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