fireprime驱动-GPIO使用

1.GPIO

FirePrime 有 4 组 GPIO bank： GPIO0，GPIO1, GPIO2, GPIO3。每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分。

每个 GPIO 口除了通用输入输出功能外，还可能有其它复用功能，例如 GPIO1_C2，可以复用成以下功能之一：

GPIO1_C2
SDMMC0_D0
UART2_TX

每个 GPIO 口的驱动电流、上下拉和重置后的初始状态都不尽相同，详细情况请参考《RK3128 规格书》

FirePrime 的 GPIO 驱动是在以下 pinctrl 文件中实现的：

kernel/drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c

其核心是填充 GPIO bank 的方法和参数，并调用 gpiochip_add 注册到内核中。

3.下面以电源 LED 灯的驱动为例，讲述如何在内核编写代码控制 GPIO 口的输出。

首先需要在 rk3128-firerpime.dts 中增加驱动的资源描述：

cd fireprime/kernel

vi arch/arm/boot/dts/rk3128-fireprime.dts

 
   	firefly-led{
		compatible = "firefly,led";
		led-work = <&gpio1 GPIO_C6 GPIO_ACTIVE_LOW>;
		led-power = <&gpio1 GPIO_C7 GPIO_ACTIVE_LOW>;
		status = "okay";
	};
 
  

这里定义了两颗 LED 灯的 GPIO 设置：

led-work  GPIO1_C6  GPIO_ACTIVE_LOW
led-power GPIO1_C7  GPIO_ACTIVE_LOW

GPIO_ACTIVE_LOW 表示低电平有效（灯亮），如果是高电平有效，需要替换为 GPIO_ACTIVE_HIGH 。

4.之后在驱动程序中加入对 GPIO 口的申请和控制则可：

#ifdef CONFIG_OF
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#endif
 
static int firefly_led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    int ret = -1;
    int gpio, flag;
	struct device_node *led_node = pdev->dev.of_node;
 
	gpio = of_get_named_gpio_flags(led_node, "led-power", 0, &flag);
	if (!gpio_is_valid(gpio)){
		printk("invalid led-power: %d\n",gpio);
		return -1;
	} 
    if (gpio_request(gpio, "led_power")) {
		printk("gpio %d request failed!\n",gpio);
        return ret;
	}
	led_info.power_gpio = gpio;
	led_info.power_enable_value = (flag == OF_GPIO_ACTIVE_LOW) ? 0 : 1;
	gpio_direction_output(led_info.power_gpio, !(led_info.power_enable_value));
...
on_error:
    gpio_free(gpio);
}

of_get_named_gpio_flags 从设备树中读取 led-power 的 GPIO 配置编号和标志，gpio_is_valid 判断该 GPIO 编号是否有效，gpio_request 则申请占用该 GPIO。如果初始化过程出错，需要调用 gpio_free 来释放之前申请过且成功的 GPIO 。

调用 gpio_direction_output 就可以设置输出高还是低电平，因为是 GPIO_ACTIVE_LOW ，如果要灯亮，需要写入 0 。

实际中如果要读出 GPIO，需要先设置成输入模式，然后再读取值：

 
   int val;
gpio_direction_input(your_gpio);
val = gpio_get_value(your_gpio); 
  

下面是常用的 GPIO API 定义：

#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>
 
enum of_gpio_flags {
	OF_GPIO_ACTIVE_LOW = 0x1,
};
 
int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np, const char *propname,
			   int index, enum of_gpio_flags *flags);
 
int gpio_is_valid(int gpio);
 
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);
 
void gpio_free(unsigned gpio);
 
int gpio_direction_input(int gpio);
 
int gpio_direction_output(int gpio, int v)

5.复用

如何定义 GPIO 有哪些功能可以复用，在运行时又如何切换功能呢？以 I2C1 为例作简单的介绍。

查规格表可知，I2C1_SDA 与 I2C1_SCL 的功能定义如下：

Pad#	func0	func1	func2
GPIO0_A3/I2C1_SDA/SDMMC1_CMD	GPIO0_A3	I2C1_SDA	SDMMC1_CMD
GPIO0_A2/I2C1_SCL	GPIO0_A2	I2C1_SCL

在 /kernel/arch/arm/boot/dts/rk312x.dtsi 里有：

i2c1: i2c@20056000 {
		compatible = "rockchip,rk30-i2c";
		reg = <0x20056000 0x1000>;
		interrupts = <GIC_SPI 25 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <0>;
		pinctrl-names = "default", "gpio";
		pinctrl-0 = <&i2c1_sda &i2c1_scl>;
		pinctrl-1 = <&i2c1_gpio>;
		gpios = <&gpio0 GPIO_A3 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio0 GPIO_A2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
		clocks = <&clk_gates8 5>;
		rockchip,check-idle = <1>;
		status = "disabled";
	};

此处，跟复用控制相关的是 pinctrl- 开头的属性：
pinctrl-names 定义了状态名称列表： default (i2c 功能) 和 gpio 两种状态。
pinctrl-0 定义了状态 0 (即 default）时需要设置的 pinctrl: i2c1_sda 和 i2c1_scl
pinctrl-1 定义了状态 1 (即 gpio)时需要设置的 pinctrl: i2c1_gpio

这些 pinctrl 在 /kernel/arch/arm/boot/dts/rk312x-pinctrl.dtsi 中定义：

/ { 
	pinctrl: pinctrl@20008000 {
		compatible = "rockchip,rk312x-pinctrl";
        ...
		gpio0_i2c1 {
			i2c1_sda:i2c1-sda {
				rockchip,pins = <I2C1_SDA>;
				rockchip,pull = <VALUE_PULL_DEFAULT>;
			};
 
			i2c1_scl:i2c1-scl {
				rockchip,pins = <I2C1_SCL>;
				rockchip,pull = <VALUE_PULL_DEFAULT>;
			};
 
			i2c1_gpio: i2c1-gpio {
				rockchip,pins = <FUNC_TO_GPIO(I2C1_SDA)>, <FUNC_TO_GPIO(I2C1_SCL)>;
				rockchip,pull = <VALUE_PULL_DEFAULT>;
			};
		};
        ...
    }
  }

I2C1_SDA, I2C1_SCL 的定义在 /kernel/arch/arm/boot/dts/include/dt-bindings/pinctrl/rockchip-rk312x.h 中：

#define GPIO0_A3 0x0a30
#define I2C1_SDA 0x0a31
#define MMC1_CMD 0x0a32
 
#define GPIO0_A2 0x0a20
#define I2C1_SCL 0x0a21

FUN_TO_GPIO 的定义在 /kernel/arch/arm/boot/dts/include/dt-bindings/pinctrl/rockchip.h 中：

#define FUNC_TO_GPIO(m)		((m) & 0xfff0)

也就是说 FUNC_TO_GPIO(I2C1_SDA) == GPIO0_A3, FUNC_TO_GPIO(I2C1_SCL) == GPIO7_A2 。

像 0x0a31 这样的值是有编码规则的：

0 a3 1
| |  `- func
| `---- offset
`------ bank
0x0a31 就表示 GPIO0_A3 func1, 即 I2C1_SDA 。

在复用时，如果选择了 "default" （即 i2c 功能),系统会应用 i2c1_sda 和 i2c1_scl 这两个 pinctrl，最终得将 GPIO0_A3 和 GPIO0_A2 两个针脚切换成对应的 i2c 功能；而如果选择了 "gpio" ，系统会应用 i2c1_gpio 这个 pinctrl，将 GPIO0_A3 和 GPIO0_A2 两个针脚还原为 GPIO 功能。

我们看看 i2c 的驱动程序 /kernel/drivers/i2c/busses/i2c-rockchip.c 是如何切换复用功能的：

static int rockchip_i2c_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct rockchip_i2c *i2c = NULL;
	struct resource *res;
	struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
	int ret;
// ...
		i2c->sda_gpio = of_get_gpio(np, 0);
		if (!gpio_is_valid(i2c->sda_gpio)) {
			dev_err(&pdev->dev, "sda gpio is invalid\n");
			return -EINVAL;
		}
		ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->sda_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev));
		if (ret) {
			dev_err(&pdev->dev, "failed to request sda gpio\n");
			return ret;
		}
		i2c->scl_gpio = of_get_gpio(np, 1);
		if (!gpio_is_valid(i2c->scl_gpio)) {
			dev_err(&pdev->dev, "scl gpio is invalid\n");
			return -EINVAL;
		}
		ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->scl_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev));
		if (ret) {
			dev_err(&pdev->dev, "failed to request scl gpio\n");
			return ret;
		}
		i2c->gpio_state = pinctrl_lookup_state(i2c->dev->pins->p, "gpio");
		if (IS_ERR(i2c->gpio_state)) {
			dev_err(&pdev->dev, "no gpio pinctrl state\n");
			return PTR_ERR(i2c->gpio_state);
		}
		pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->gpio_state);
		gpio_direction_input(i2c->sda_gpio);
		gpio_direction_input(i2c->scl_gpio);
		pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->dev->pins->default_state);
// ...
}

首先是调用 of_get_gpio 取出设备树中 i2c1 结点的 gpios 属于所定义的两个 gpio:

gpios = <&gpio0 GPIO_A3 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio0 GPIO_A2 GPIO_ACTIVE_LOW>;

然后是调用 devm_gpio_request 来申请 gpio，接着是调用 pinctrl_lookup_state 来查找 “gpio” 状态，而默认状态 "default" 已经由框架保存到 i2c->dev-pins->default_state 中了。

最后调用 pinctrl_select_state 来选择是 "default" 还是 "gpio" 功能。

下面是常用的复用 API 定义：

#include <linux/pinctrl/consumer.h>
 
struct device {
//...
#ifdef CONFIG_PINCTRL
	struct dev_pin_info	*pins;
#endif
//...
};
 
struct dev_pin_info {
	struct pinctrl *p;
	struct pinctrl_state *default_state;
#ifdef CONFIG_PM
	struct pinctrl_state *sleep_state;
	struct pinctrl_state *idle_state;
#endif
};
 
struct pinctrl_state * pinctrl_lookup_state(struct pinctrl *p, const char *name);
 
int pinctrl_select_state(struct pinctrl *p, struct pinctrl_state *s);

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