Pinctrl 子系统简介

Posted 2022-08-10 Li-Yongjun

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Linux 驱动开发

在 Linux 下开发驱动，精髓就两个字：框架。
同样一个功能，在单片机中简简单单就实现了。而在 Linux 下绕来绕去。
比方说 I2C 驱动，
在单片机中，实现 I2C_Start()、I2C_Stop()、I2C_Send_Byte()、I2C_Read_Byte() 等几个函数，就能够操作 I2C，底层就基本完成了。上层再根据具体器件手册，读写若干寄存器，整个功能就实现了。
而到了 Linux 里面，什么平台、总线、控制器、控制器驱动、设备、设备驱动等等，光是理解这些概念就要耗费很大功夫，甚至超过 I2C 驱动本身的工作量。
那 Linux 是傻吗？避简就繁？答案是否定的，至少 linux 驱动代码质量应该是信得过的。那 Linux 为啥要搞那么复杂？我认为主要原因是通用性和扩展性。
用单片机写好一份设备驱动后，一般写的时候就认为就只在当前单片机上使用，就不太会考虑兼容性，硬件也是确定的，也不怎么去考虑扩展性。
但 Linux 下就不一样了，那么多人共同使用 Linux，相同的驱动代码肯定要复用，要减少冗余，增加通用性。兼容绝大多数场景，扩展性就要好。所以 Linux 设计了一套框架，当开发驱动时，就在这套框架下完成具体的配置、实现具体的函数功能接口就行了。核心思想是使用框架，通俗来讲就是按照 Linux 驱动的套路开发。

Pinctrl 子系统

Pinctrl 子系统就是上述框架的一种。
在单片机中，使用一个 GPIO，一般先设置引脚的复用模式、上下拉等，然后再进行具体的引脚读写操作。
在 Linux 驱动中，将上述步骤分成了两个子系统，
Pinctrl 子系统：

获取设备树中 pin 信息
根据获取到的 pin 信息设置 pin 的复用功能
根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的电气特性，比如上下拉、速度、驱动能力等。

GPIO 子系统：

控制 GPIO 输入、输出，也就是使用 GPIO

Linux 通篇都是这种驱动分层、分离的思想。
不管怎样，我们既然做 Linux 驱动开发，就要尝试理解其意图，说不定就尝到其甜头了呢。

Pinctrl 设备树

先看个例子

pinctrl_enet2: enet2grp 
   fsl,pins = <
    MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__ENET2_MDC  0x1b0b0
    MX6UL_PAD_GPIO1_IO06__ENET2_MDIO 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_EN__ENET2_RX_EN 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_ER__ENET2_RX_ER 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA0__ENET2_RDATA00 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA1__ENET2_RDATA01 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_EN__ENET2_TX_EN 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA0__ENET2_TDATA00 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA1__ENET2_TDATA01 0x1b0b0
    MX6UL_PAD_ENET2_TX_CLK__ENET2_REF_CLK2 0x4001b031
   >;
  ;

一个器件使用 pinctrl 描述了自己所使用的全部引脚。拿其中一个引脚（GPIO1_IO07）举例，

#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__ENET1_MDC                           0x0078 0x0304 0x0000 0x0 0x0
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__ENET2_MDC                           0x0078 0x0304 0x0000 0x1 0x0
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__USB_OTG_HOST_MODE                   0x0078 0x0304 0x0000 0x2 0x0
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__CSI_PIXCLK                          0x0078 0x0304 0x0528 0x3 0x0
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__USDHC2_CD_B                         0x0078 0x0304 0x0674 0x4 0x1
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__GPIO1_IO07                          0x0078 0x0304 0x0000 0x5 0x0
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__CCM_STOP                            0x0078 0x0304 0x0000 0x6 0x0
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__UART1_DCE_RTS                       0x0078 0x0304 0x0620 0x8 0x1
#define MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__UART1_DTE_CTS                       0x0078 0x0304 0x0000 0x8 0x0

设备树中定义了这个引脚的所有复用功能，你需要使用哪一种，只要配置到设备树中就行了，从这个角度看，貌似比单片机开发更简单便捷（一个引脚的所有复用功能，都帮你枚举出来了，你只要挑选使用哪一种就行了，不需要自己拿着数据手册去计算了，如果你不放心，可以和数据手册对照一下。所以 Linux 驱动框架从一定程度上帮助开发人员阅读了一部分数据手册，减轻了开发人员的工作量，提高了编码质量）。
所以，虽然 Linux 驱动很复杂，我们只要理解它就行，实际写代码时按照它的框架写就行了。由于框架的加持，往往能写出高内聚、低耦合、性能更好、扩展性更好的驱动。

Pinctrl 驱动

Pinctrl 子系统分为两个部分，设备树和驱动，上面介绍了设备树，下面就介绍下驱动。
首先想到的是，驱动是如何使用设备树中的参数的。下面结合一个具体的例子看下，在设备树中会有一个 pin controller 节点，具体名字会有所不同，IMX6U 芯片中叫 iomuxc，

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

&iomuxc 
	pinctrl-names = "default";
	pinctrl-0 = <&pinctrl_hog_1>;
	imx6ul-evk 
		...
		pinctrl_enet2: enet2grp 
			fsl,pins = <
				MX6UL_PAD_GPIO1_IO07__ENET2_MDC		0x1b0b0
				MX6UL_PAD_GPIO1_IO06__ENET2_MDIO	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_RX_EN__ENET2_RX_EN	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_RX_ER__ENET2_RX_ER	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA0__ENET2_RDATA00	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_RX_DATA1__ENET2_RDATA01	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_TX_EN__ENET2_TX_EN	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA0__ENET2_TDATA00	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_TX_DATA1__ENET2_TDATA01	0x1b0b0
				MX6UL_PAD_ENET2_TX_CLK__ENET2_REF_CLK2	0x4001b031
			>;
		;
		...
	

设备树中的惯例：使用 compatible 属性值来匹配设备树和驱动，全局搜索 ““fsl,imx6ul-iomuxc””，就可以找到对应的驱动
drivers/pinctrl/freescale/pinctrl-imx6ul.c

static struct of_device_id imx6ul_pinctrl_of_match[] = 
	 .compatible = "fsl,imx6ul-iomuxc", .data = &imx6ul_pinctrl_info, 
;

static struct platform_driver imx6ul_pinctrl_driver = 
	.driver = 
		.name = "imx6ul-pinctrl",
		.owner = THIS_MODULE,
		.of_match_table = of_match_ptr(imx6ul_pinctrl_of_match),
	,
	.probe = imx6ul_pinctrl_probe,
	.remove = imx_pinctrl_remove,
;

当设备树和驱动匹配成功后，就会执行驱动中的 probe 函数，在这里就是 imx6ul_pinctrl_probe，在该函数中会完成对设备树的解析，并将设备树中的信息配置到芯片的寄存器中。