介绍GPIO的功能和使用方法。

模块介绍

GPIO是管理gpio模块的控制器

功能介绍

Linux gpio子系统驱动框架主要有三部分组成:

GPIO 控制器驱动: 与GPIO控制器进行交互，对控制器进行初始化和操作
gpio lib驱动: 提供标准的API给其它模块使用，如设置GPIO 方向、读写GPIO电平状态
GPIO 字符设备驱动: 将GPIO以字符设备的上报给用户空间，用户空间可以通过标准的文件接口访问GPIO

源码结构介绍

控制器驱动代码在drivers/gpio目录下：

|-- gpio-k1x.c

关键特性

特性

特性	特性说明
支持方向设置	支持将GPIO的设置成输入或输出
支持输出设置高低电平	支持在GPIO输出模式下，设置GPIO的电平高低
支持gpio中断功能	支持上升沿和下降沿触发gpio中断

配置介绍

主要包括驱动CONFIG使能配置和dts配置

CONFIG配置

CONFIG_GPIOLIB 为gpio控制器提供支持，默认情况，此选项为Y

Device Drivers
        GPIO Support (GPIOLIB [=y])

CONFIG_GPIO_K1X 为k1 gpio控制器提供支持，默认情况，此选项为Y

Device Drivers  
        GPIO Support (GPIOLIB [=y])
                Virtual GPIO drivers  
                        SPACEMIT-K1X GPIO support (GPIO_K1X [=y])

使用介绍

方案 gpio 使用分成 3 步。

方案使用的 gpio 描述
对相应的 pin 进行设置
gpio 的使用

说明:

pin 编号在内核目录下：include\dt-bindings\pinctrl\k1-x-pinctrl.h 中定义。
pin 配置相同表示一组 pin 设置成 gpio 功能时配置相同，即 mux mode、上下拉、边沿检测、驱动能力配置相同。

方案gpio描述

用来描述方案使用的所有gpio。

采用linux gpio框架gpio-ranges属性进行定义。如果某段gpio对应的pin编号也连续，则定义为一组。

上述例子方案dts文件gpio控制器定义

&gpio{
        gpio-ranges = <
                &pinctrl 49  GPIO_49  2
                &pinctrl 58  GPIO_58  1
                &pinctrl 63  GPIO_63  5
                &pinctrl 70  PRI_TDI  4
                &pinctrl 74  GPIO_74  1
                &pinctrl 80  GPIO_80  4
                &pinctrl 90  GPIO_90  3
                &pinctrl 96  DVL0     2
                &pinctrl 110 GPIO_110 1
                &pinctrl 114 GPIO_114 3
                &pinctrl 123 GPIO_123 5
        >;
};

gpio pin配置

将方案使用的gpio对应的pin设置成gpio功能，并进行配置(边沿检测/上下拉/驱动能力)。

采用pinctrl-single,gpio-range属性设置。如果存在某段pin编号连续且配置相同，则配置为一组。

pin配置参数参考pin配置参数。

例如：

&pinctrl {
        pinctrl-single,gpio-range = <
                &range GPIO_49  2 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_3V_DS4)
                &range GPIO_58  1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_63  2 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_65  1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_66  2 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_3V_DS4)
                &range PRI_TDI  2 (MUX_MODE1 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range PRI_TCK  1 (MUX_MODE1 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range PRI_TDO  1 (MUX_MODE1 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_74  1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_80  1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_3V_DS4)
                &range GPIO_81  3 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_90  1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_91  2 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range DVL0     2 (MUX_MODE1 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_110 1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_114 1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_115 1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_116 1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_123 1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_124 1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_UP   | PAD_1V8_DS2)
                &range GPIO_125 3 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
        >;
};

gpio 使用

若方案 eth0 使用 gpio 110 作为 phy 的 reset 信号，则 eth0 使用 gpio 110 如下。

&eth0 {
    emac,reset-gpio = <&gpio 110 0>;
};

接口描述

测试介绍

通过查看gpio对应的寄存器值判断gpio设置是否正确

devmem reg_addr

API介绍

申请指定的gpio

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);

释放已申请的指定gpio

void gpio_free(unsigned gpio);

设置指定的GPIO为输入模式

int gpio_direction_input(unsigned gpio)

设置指定的GPIO为输出模式和初始值

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)

设置指定GPIO的输出值

void gpio_set_value(unsigned gpio, int value)

获取指定GPIO的信号值

int gpio_get_value(unsigned gpio)

获取指定gpio对应的中断编号

int gpio_to_irq(unsigned gpio)

demo示例

以某方案 eth0 使用 gpio 110 作为 phy 的 reset 信号为例:
方案dts配置和引用

&gpio{
        gpio-ranges = <
                ...
                &pinctrl 110 GPIO_110 1
                ...
        >;
};
...
&pinctrl {
        pinctrl-single,gpio-range = <
                &range GPIO_110 1 (MUX_MODE0 | EDGE_NONE | PULL_DOWN | PAD_1V8_DS2)
                ...
        >;
};
...
&eth0 {
    emac,reset-gpio = <&gpio 110 0>;
    emac,reset-active-low;
};

gmac驱动中操作gpio_110
k1x-emac.c代码

/* 获取eth0设备节点reset-gpio 编号 */
rst_gpio = of_get_named_gpio(np, "emac,reset-gpio", 0);
...
/* 申请指定的gpio */
if (gpio_request(rst_gpio, "mdio-reset"))
        return 0;
...
/* 设置rst_gpio为输出模式，且信号值为1, active_state为真 */
gpio_direction_output(rst_gpio, active_state ? 1 : 0);
...
if (delays[0])
	msleep(DIV_ROUND_UP(delays[0], 1000));

/* 设置rst_gpio信号值为0 */
gpio_set_value(rst_gpio, active_state ? 0 : 1);
if (delays[1])
	msleep(DIV_ROUND_UP(delays[1], 1000));

/* 设置rst_gpio信号值为1 */
gpio_set_value(rst_gpio, active_state ? 1 : 0);
if (delays[2])
	msleep(DIV_ROUND_UP(delays[2], 1000));

gpio中断使用

/* 获取设备节点gpio-irq 编号 */
gpio_irq = of_get_named_gpio(np, "A,gpio-irq", 0);

/* 获取中断号 */
int irq = gpio_to_irq(gpio_irq);
if (irq < 0) {
	printk("unable to get irq num\n");
	return -1;
}

/* 申请中断 */
if(request_irq(irq, irq_handler, IRQF_TRIGGER_RISING,
	"test_irq", NULL)) {
	printk(unable to request irq\n");
	return -EINVAL;
}

debug介绍

sysfs

读取和操作GPIO端口

/sys/class/gpio
|-- export
|-- gpiochip0 -> ../../devices/gpiochip0/gpio/gpiochip0
|-- gpiochip512 -> ../../devices/platform/soc/d401d800.i2c/i2c-8/8-0041/spacemit-pinctrl@spm8821/gpio/gpiochip512
`-- unexport

export
用于通知系统需要导出控制的GPIO引脚编号
unexport
用于通知系统取消导出
gpiochipX
gpio X的详细信息
gpioX/direction
gpio X 的方向
gpioX/value
gpio X的端口值

debugfs

显示系统的gpio控制器及其管理的gpio信息。

/sys/kernel/debug/gpio
# cat gpio
gpiochip0: GPIOs 0-127, k1x-gpio:
 gpio-63  (                    |reset               ) out lo
 gpio-67  (                    |pwr                 ) out hi
 gpio-80  (                    |cd                  ) in  hi ACTIVE LOW
 gpio-96  (                    |sys-led             ) out lo
 gpio-97  (                    |vbus                ) out hi
 gpio-110 (                    |mdio-reset          ) out hi
 gpio-111 (                    |reset               ) out lo
 gpio-113 (                    |pwdn                ) out lo
 gpio-115 (                    |mdio-reset          ) out hi
 gpio-116 (                    |regon               ) out hi
 gpio-123 (                    |hub                 ) out hi
 gpio-124 (                    |hub                 ) out hi
 gpio-127 (                    |?                   ) out lo

gpiochip1: GPIOs 512-517, parent: platform/spacemit-pinctrl@spm8821, spacemit-pinctrl@spm8821, can sleep:

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