Linux内核gpio

本文基于RockPI 4A单板Linux 4.4内核介绍RK3399 Linux GPIO功能。

一、GPIO介绍

GPIO(General Purpose Input/Output Port)：通用输入输出端口。

除作为一般的输入/输出功能外，还可以配置为中断和模拟PWM、I2C等接口功能。

RK3399 GPIO属性如下：

1、一共有5组GPIO(GPIO0~4)，每组GPIO为一个Bank，共32个引脚。每个Bank包括4个Group (GPIOA(0~7) ~ D(0~7))。不是所有Bank都有GPIOA~D的编号，RK3399共122个GPIO引脚。

2、所有GPIO都可被配置为CA55或CA53的中断功能，且GPIO0和GPIO1可用于系统低功耗唤醒模式。

3、在上电复位后，所有GPIO默认输入状态。

4、软件可配置GPIO驱动强度。

RK3399引脚在系统中显示如下：

root@linaro-alip:/sys/kernel/debug/pinctrl/pinctrl# cat pins
registered pins: 160
## GPIO 0_*包括的GPIO
pin 0 (gpio0-0)
pin 1 (gpio0-1)
pin 2 (gpio0-2)
pin 3 (gpio0-3)
pin 4 (gpio0-4)
pin 5 (gpio0-5)
pin 6 (gpio0-6)
pin 7 (gpio0-7)
pin 8 (gpio0-8)
pin 9 (gpio0-9)
pin 10 (gpio0-10)
...
pin 31 (gpio0-31)
...
## GPIO 2_*包括的GPIO
pin 64 (gpio2-0)
pin 65 (gpio2-1)
pin 66 (gpio2-2)
pin 67 (gpio2-3)
pin 68 (gpio2-4)
pin 69 (gpio2-5)
pin 70 (gpio2-6)
pin 71 (gpio2-7)  ## GPIO2_A7
pin 72 (gpio2-8)
pin 73 (gpio2-9)
pin 74 (gpio2-10)
...
pin 95 (gpio2-31)
...
## GPIO 4_*包括的GPIO
pin 128 (gpio4-0)
...
pin 159 (gpio4-31)

RK3399 GPIO引脚号计算方式：

pins = 32*bank + 8*group + x
bank: 0 ~ 4，对应GPIO 0~4
group: 0 ~ 3，对应GPIO A~D

例：

GPIO2_A7 = 32*2 + 8*0 + 7 = 71

二、GPIO配置

以ROCKPI 4A单板WIFI 模块电源（GPIO0_B2）为例，介绍DTS中GPIO配置。

image.png
配置文件：arch/arm64/boot/dts/rockchip/rockpi-4-linux.dtsi，内容如下：

    sdio_pwrseq: sdio-pwrseq {
        compatible = "mmc-pwrseq-simple";
        clocks = <&rk808 1>;
        clock-names = "ext_clock";
        ## 1、配置GPIO0_B2_d的pinmux功能
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&wifi_enable_h>;

        /*
         * On the module itself this is one of these (depending
         * on the actual card populated):
         * - SDIO_RESET_L_WL_REG_ON
         * - PDN (power down when low)
         */
        ## 2、配置GPIO0_B2_d默认输出低电平
        reset-gpios = <&gpio0 10 GPIO_ACTIVE_LOW>; 
    };
    ## 3、配置GPIO0_B2_d(WIFI_REG_ON_H)为GPIO功能
    sdio-pwrseq {
        wifi_enable_h: wifi-enable-h {
            rockchip,pins =
                <0 10 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>;
        };
    };

在系统启动后，可以查看GPIO，命令如下：

root@linaro-alip:/sys/kernel/debug# cat gpio
GPIOs 0-31, platform/pinctrl, gpio0:
 gpio-4   (                    |bt_default_wake_host) out hi
 gpio-9   (                    |bt_default_reset    ) out hi
 gpio-10  (                    |reset               ) out lo    ## 该引脚就是GPIO0_B2_d

GPIOs 32-63, platform/pinctrl, gpio1:
 gpio-35  (                    |vcc5v0_otg          ) out hi
 gpio-46  (                    |vsel                ) out lo
 gpio-49  (                    |vsel                ) out lo

GPIOs 64-95, platform/pinctrl, gpio2:
 gpio-83  (                    |bt_default_rts      ) out lo
 gpio-90  (                    |vcc3v3_pcie         ) out hi
 gpio-91  (                    |bt_default_wake     ) out hi

GPIOs 96-127, platform/pinctrl, gpio3:
 gpio-111 (                    |mdio-reset          ) out hi
 gpio-124 (                    |?                   ) out lo
 gpio-125 (                    |?                   ) out lo

GPIOs 128-159, platform/pinctrl, gpio4:
 gpio-153 (                    |vcc5v0_host         ) out hi

注：

如果debugfs没有挂载，使用下面命令挂载

mount -t debugfs none /sys/kernel/debug

三、GPIO驱动

Linux内核GPIO主要实现文件：

drivers/gpio/gpiolib.c         ## 新版API，基于描述符（descriptor-based）
drivers/gpio/gpiolib-legacy.c  ## 旧API
include/linux/gpio.h

GPIO子系统有两套API：

1、基于描述符（descriptor-based）

前缀为：gpiod_。

参考：Documentation/gpio/consumer.txt

2、老版本接口（legacy）

前缀为：gpio_。

参考：Documentation/gpio/gpio-legacy.txt

3、常用API

功能	新版本接口	老版本接口
获取GPIO	gpiod_get()	gpio_request（）
释放GPIO	gpiod_put()	gpio_free（）
GPIO方向	设置为输入：gpiod_direction_input（）设置为输出：gpiod_direction_output（）获取方向：gpiod_get_direction（）	设置为输入：gpio_direction_input（）设置为输出：gpio_direction_output（）
GPIO值	获取输入值：gpiod_get_value（）设置输出值：gpiod_set_value（）	获取输入值：gpio_get_value（）设置输出值：gpio_set_value（）

GPIO还有很多接口，就不一一列举了。

RK3399 GPIO控制器驱动实现文件：drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c，涉及主要函数：

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,
        .to_irq = rockchip_gpio_to_irq,
        .owner = THIS_MODULE,
};

所有GPIO子系统的API最终都会调到SOC的GPIO控制器驱动函数。

四、GPIO调试

ROCKPi 4A单板有个40个引脚的扩展口，引用radxa图片，见下图。

image.png
以GPIO2_A7为例，介绍GPIO的一般调试方法。

1、进入测试目录

root@linaro-alip:/sys/class/gpio# ls
export  gpiochip0  gpiochip128  gpiochip32  gpiochip64  gpiochip96  unexport

2、导出GPIO

在使用GPIO2_A7前，需要导出该引脚。方法：配置export后，会出现gpio71节点。

root@linaro-alip:/sys/class/gpio# echo 71 > export
root@linaro-alip:/sys/class/gpio# ls
export  gpiochip0    gpiochip32  gpiochip96
gpio71  gpiochip128  gpiochip64  unexport

测试时，注意不要使用在程序中已经申请过或配置为其它功能的GPIO引脚。

3、配置GPIO方向

设置GPIO2_A7的输入/输出方向。

root@linaro-alip:/sys/class/gpio# cd gpio71/
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# ls
active_low  device  direction  edge  power  subsystem  uevent  value
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# cat direction
in
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# echo out > direction
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# cat direction
out

in：表示输入。

out：表示输出。

active_low：用于中断配置中高电平或低电平有效。

edge：用于中断配置中上升沿或下降沿有效。

4、配置GPIO输出值

在GPIO为输入时，通过value查询GPIO的输入电平（高或低电平）。

在GPIO为输出时，通过value配置GPIO的输出电平（高或低电平）。

root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# cat value
0
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# echo 1 > value
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# cat value
1
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# echo 0 > value
root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# cat value
0

5、查看GPIO

查看已经导出的GPIO71。

root@linaro-alip:/sys/kernel/debug# cat gpio
GPIOs 0-31, platform/pinctrl, gpio0:
 gpio-4   (                    |bt_default_wake_host) out hi
 gpio-9   (                    |bt_default_reset    ) out hi
 gpio-10  (                    |reset               ) out lo

GPIOs 32-63, platform/pinctrl, gpio1:
 gpio-35  (                    |vcc5v0_otg          ) out hi
 gpio-46  (                    |vsel                ) out lo
 gpio-49  (                    |vsel                ) out lo

GPIOs 64-95, platform/pinctrl, gpio2:
 gpio-71  (                    |sysfs               ) in  hi   ## GPIO71
 gpio-83  (                    |bt_default_rts      ) out lo
 gpio-90  (                    |vcc3v3_pcie         ) out hi
 gpio-91  (                    |bt_default_wake     ) out hi

GPIOs 96-127, platform/pinctrl, gpio3:
 gpio-111 (                    |mdio-reset          ) out hi
 gpio-124 (                    |?                   ) out lo
 gpio-125 (                    |?                   ) out lo

GPIOs 128-159, platform/pinctrl, gpio4:
 gpio-153 (                    |vcc5v0_host         ) out hi

6、取消导出

使用完GPIO2_A7后，需要进行释放。方法：配置unexport后，gpio71节点会消失。

root@linaro-alip:/sys/class/gpio/gpio71# cd ..
root@linaro-alip:/sys/class/gpio# ls
export  gpiochip0    gpiochip32  gpiochip96
gpio71  gpiochip128  gpiochip64  unexport
root@linaro-alip:/sys/class/gpio# echo 71 > unexport
root@linaro-alip:/sys/class/gpio# ls
export  gpiochip0  gpiochip128  gpiochip32  gpiochip64  gpiochip96  unexport

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