【i.MX6ULL】驱动开发6——GPIO子系统点亮LED

前面的两篇文章（寄存器配置点亮LED与设备树版的点亮LED）,其本质都是通过寄存器配置，来控制LED的亮灭。

使用直接操作寄存器的方式，是将与LED有关的寄存器信息，直接写到了LED的驱动代码中，这也是一种比较常规的控制方式。但当芯片的寄存器发了变动，就要对底层的驱动进行重写。

使用设备树的方式，是将与LED有关的寄存器信息，写到了设备树文件中，这样，当设备的信息修改了，还可以通过设备树的接口函数，来获取设备信息，提高了驱动代码的复用能力。

本篇介绍的Pinctrl子系统与GPIO子系统的方式，不需要再直接操作寄存器了，因为这两个子系统已经替我们实现了对寄存器的操作，我们只需要操作这两个子系统提供的API函数即可。

1 Pinctrl子系统

Pintrl子系统，顾名思义，就是管理pin引脚的一个系统，比如要点亮LED，即要控制LED对应引脚的高低电平，就要先通过Pintrl子系统将LED对应的引脚复用为GPIO功能（这一点是不是和之前寄存器配置时使用的MUX寄存器的功能有点像）。

1.1 设备树中iomuxc节点

如何使用Pintrl子系统呢？其实它也是要依赖设备树的，先来了解一下设备树里的iomuxc节点，这个节点是IOMUXC外设对应的节点，负责IO功能的复用。

打开自己开发板对应的设备树文件（我的是imx6ull-myboard.dts），然后找到iomuxc节点，先来看一下其基本结构：

&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_IO09__GPIO1_IO09        0x17059 /* SD1 RESET */
			>;
		};
        
		pinctrl_csi1: csi1grp {
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_CSI_MCLK__CSI_MCLK		0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_PIXCLK__CSI_PIXCLK	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_VSYNC__CSI_VSYNC		0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_HSYNC__CSI_HSYNC		0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA00__CSI_DATA02	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA01__CSI_DATA03	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA02__CSI_DATA04	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA03__CSI_DATA05	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA04__CSI_DATA06	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA05__CSI_DATA07	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA06__CSI_DATA08	0x1b088
				MX6UL_PAD_CSI_DATA07__CSI_DATA09	0x1b088
			>;
		};
        //省略...

这里以pinctrl_hog_1插拔子节点为例进行分析，它是和热插拔有关的Pin集合，比如USB OTG的ID引脚，pinctrl_csi1子节点是csi外设所使用的PIN，本篇需要控制LED的亮灭，就需要新建一个对应的节点，然后将这个自定义外设的所有Pin配置信息都放到这个子节点中。

1.2 宏定义的含义解析

对于pinctrl_hog_1这个字节点，注意其中的：

MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19	    0x17059 /* SD1 CD */

这就是对Pin引脚的配置，配置包括两方面：一是设置Pin的复用功能，二是设置Pin的电气特性。

前面的MX6UL_PAD_UART1_RTS_B__GPIO1_IO19这个宏定义， 定义在arch/arm/boot/dts/imx6ul-pinfunc.h中（注意imx6ull.dtsi会引用imx6ull-pinfunc.h，而imx6ull-pinfunc.h又会引用imx6ul-pinfunc.h）

这里一共有8 个以MX6UL_PAD_UART1_RTS_B开头的宏定义，分别代表这个IO的8种不同的功能。

另外，这个宏定义的值，被分为了5段，每段的值都有具体的含义：

0x0090 mux_reg寄存器偏移地址

0x031C conf_reg寄存器偏移地址

0x0000 input_reg寄存器偏移地址(这里无效)

0x5 mux_reg寄存器的值

0x0 input_reg寄存器值(这里无效)

2 GPIO子系统

GPIO子系统，顾名思义，就是管理GPIO功能的一个系统，其作用是初始化配置GPIO（这一点是不是和之前寄存器配置时使用的PAD寄存器的功能有点像），并提供对外的API接口。使用GPIO子系统后，就不需要自己操作寄存器，通过调用GPIO子系统提供的API函数即可实现对GPIO的控制。

2.1 设备树中gpio信息

仍以热插拔节点为例：

UART1_RTS_B复用为GPIO1_IO19，通过读取其高低电平来判断SD卡有没有插入。

那SD卡驱动程序怎么知道CD引脚连接的GPIO1_IO19呢？还是需要设备树告诉驱动，在设备树中SD卡节点下添加一个属性来描述SD卡的 CD 引脚就行了：

属cd-gpios描述了SD卡的CD引脚使用的哪个IO，属性值一共有三个：

&gpio1 表示CD引脚所使用的IO属于GPIO1组

19 表示GPIO1组的第19号IO

GPIO_ACTIVE_LOW 表示低电平有效

根据上面这些信息，SD卡驱动程序就可以使用GPIO1_IO19来检测SD卡的CD信号了

2.2 gpio子系统API函数

2.2.1 gpio_request/free

gpio_request

用于申请一个GPIO管脚

/**
 * 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属性信息时返回的标号)
 * label: 给gpio设置个名字
 * return: 0-申请成功 其他值-申请失败
 */
int gpio_request(unsigned gpio,  const char *label)

gpio_free

用于释放一个GPIO管脚

/**
 * gpio: 要释放的gpio标号
 * return
 */
void gpio_free(unsigned gpio) 

2.2.2 gpio_direction_input/output

gpio_direction_input

用于设置某个GPIO为输入

/**
 * gpio: 要设置为输入的GPIO标号
 * return: 0-设置成功 负值-设置失败
 */
int gpio_direction_input(unsigned gpio)

gpio_direction_output

此函数用于设置某个GPIO为输出，并且设置默认输出值

/**
 * gpio: 要设置为输出的GPIO标号
 * value: GPIO默认输出值
 * return 0-设置成功 负值-设置失败
 */
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value) 

2.2.3 gpio_get_value/set_value

gpio_get_value

此函数用于获取某个GPIO的值(0 或 1)

#define gpio_get_value  __gpio_get_value
/**
 * gpio: 要获取的gpio标号
 * return: 非负值-得到的gpio值 负值-获取失败
 */
int __gpio_get_value(unsigned gpio)

gpio_set_value

用于设置某个GPIO的值

#define gpio_set_value  __gpio_set_value 
/**
 * gpio: 要设置的gpio标号
 * value: 要设置的值
 * return
 */
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

2.3 与gpio相关的OF函数

2.3.1 of_gpio_named_count

用于获取设备树某个属性里面定义了几个GPIO信息

/**
 * np: 设备节点
 * propname: 要统计的gpio属性
 * return: 正值-统计到的gpio数量 负值-失败
 */
int of_gpio_named_count(struct device_node *np, const char  *propname) 

2.3.2 of_gpio_count

统计“gpios”这个属性的gpio数量

/**
 * np: 设备节点
 * return: 正值-统计到的gpio数量 负值-失败
 */
int of_gpio_count(struct device_node *np) 

2.3.3 of_get_named_gpio

获取GPIO编号

/**
 * np: 设备节点
 * propname: 包含要获取gpio信息的属性名
 * index: gpio索引(一个属性里面可能包含多个gpio)
 * return: 正值-获取到的gpio编号 负值-失败
 */
int of_get_named_gpio(struct device_node *np, 
                              const char *propname,   
                                     int index) 

3 Pinctr版LED驱动程序

上面介绍了Pinctrl子系统与GPIO子系统的基本情况，下面就来使用它们来实现LED的亮灭控制。

3.1 修改设备树文件

修改imx6ull-myboard.dts，在iomuxc节点的imx6ull-evk字节点下创建一个名为pinctrl_led的子节点，节点内容如下：

pinctrl_gpioled: ledgrp{
    fsl,pins = <
        MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER3__GPIO5_IO03    0x10b0
        >;
};

MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER3__GPIO5_IO03 表示将该io复用为GPIO

0x10b0 表示对PAD寄存器的配置值，具体含义为如下，之前的文章(驱动开发4--点亮LED(寄存器版))介绍过。

/*寄存器SW_PAD_SNVS_TAMPER3设置IO属性
     *bit 16:0 HYS关闭
     *bit [15:14]: 00 默认下拉
     *bit [13]: 0 kepper功能
     *bit [12]: 1 pull/keeper使能
     *bit [11]: 0 关闭开路输出
     *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
     *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
     *bit [0]: 0 低转换率
     */

在根节点下创建名为gpioled的LED节点，内容如下：

/*pinctrl led*/
gpioled {
    compatible = "myboard,gpioled";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_gpioled>;
    led-gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    status = "okay";
};

pinctrl-0 设置 LED所使用的PIN对应的pinctrl节点

led-gpio 指定了LED所使用的GPIO，这里是GPIO5的IO03，低电平有效

3.2 检查引脚是否使用冲突

因为我的开发板使用的设备树文件(imx6ull-myboard.dts)是从NXP官方提供的设备树文件(imx6ull-14x14-evk.dts)上修改而来的，可能某些引脚的配置与自己的开发板不一样，需要检查一下是否有使用冲突。

本次添加的这个MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER3__GPIO5_IO03与文件中的其它引脚没有出现冲突，因此无需修改。

3.3 修改LED驱动文件

在上一篇的设备树版的驱动文件上进行修改，主要修改内容如下。

头文件需要添加一个：

#include 

设备结构体改为gpio_led:

/* gpioled设备结构体 */
struct gpioled_dev{
    dev_t         devid;    /* 设备号   */
    struct cdev   cdev;     /* cdev     */
    struct class  *class;   /* 类       */
    struct device *device;  /* 设备     */
    int           major;    /* 主设备号 */
    int           minor;    /* 次设备号 */
    struct device_node *nd; /* 设备节点 */
    int           led_gpio; /* led使用的GPIO编号*/
};

struct gpioled_dev gpioled;    /* led设备 */

硬件初始化部分是主要修改的内容，这次就不需要从设备树读取寄存器操作了，也不需要自己再进行I/O内存映射了，而实使用gpio子系统的API函数来对LED的GPIO进行配置：

static int gpioled_hardware_init(void)
{
    int ret;

    /* 获取设备树中的属性数据 */
    /* 1、获取设备节点：gpioled */
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    if(gpioled.nd == NULL) 
    {
        printk("gpioled node not find!\r\n");
        return -EINVAL;
    } 
    else 
    {
        printk("gpioled node find!\r\n");
    }

    /* 2、获取gpio属性, 得到LED编号 */
    gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);
    if(gpioled.led_gpio < 0) 
    {
        printk("can't get led-gpio!\r\n");
        return -EINVAL;
    } 
    else 
    {
        printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
    }

    /* 3、设置GPIO为输出, 并默认关闭LED */
    ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
    if(ret < 0)
    {
        printk("can't set led-gpio!\r\n");
    }
    
    return 0;
}

开关LED时，也不需要再直接操作寄存器了，也是使用API函数来操作：

static ssize_t gpioled_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	//省略...

    if(ledstat == LEDON) 
    {    
        gpio_set_value(dev->led_gpio, 0);         /* 打开LED灯 */
        printk("led on!\n");
    } 
    else if(ledstat == LEDOFF) 
    {
        gpio_set_value(dev->led_gpio, 1);        /* 关闭LED灯 */
        printk("led off!\n");
    }
    
    return 0;
}

4 实验测试

4.1 编译程序

编译设备树文件（.dtb），和上篇设备树点亮LED的实验一样，先将设备树文件复制到nfs文件系统位置，再从网络启动开发板，串口中查看设备树中是否有添加的gpioled节点：

编译LED驱动文件（.ko），复制到rootfs/lib/modules/4.1.15目录中：

LED应用程序不需要改，仍使用之前寄存器版点亮LED实验时使用的程序即可。

4.2 测试

测试方式与之前的一样，都是先加载驱动文件，然后调用应用程序来控制LED的亮灭：

效果和之前的寄存器版点亮LED与设备树版点亮LED的效果一样

5 总结

本篇介绍了使用Pinctrl子系统与GPIO子系统的方式来点亮LED，与之前的寄存器版点亮LED与设备树版点亮LED的最大区别在于不需要直接操作寄存器了，而是使用API函数来配置GPIO，具体操作寄存器在过程在API函数内部实现，我们无需在进行繁琐的寄存器操作。

本篇与上一篇的设备树版点亮LED的程序编写流程基本一致，因为都是要使用设备树，与上一篇的主要区别就在于，不需要将寄存器信息写入设备树，再从设备树获取出来手动配置寄存器了。

审核编辑：符乾江