10_编程_GPIO使用Pinctrl

Posted 韦东山

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编程_GPIO使用Pinctrl

参考资料：

  • Linux 5.x内核文档

    • Linux-5.4\\Documentation\\driver-api
    • Linux-5.4\\Documentation\\devicetree\\bindings\\gpio\\gpio.txt
    • Linux-5.4\\drivers\\gpio\\gpio-74x164.c

  • Linux 4.x内核文档

    • Linux-4.9.88\\Documentation\\gpio
    • Linux-4.9.88\\Documentation\\devicetree\\bindings\\gpio\\gpio.txt
    • Linux-4.9.88\\drivers\\gpio\\gpio-74x164.c

  • 本节视频代码在GIT仓库中

    doc_and_source_for_drivers\\IMX6ULL\\source\\07_GPIO\\04_gpio_use_pinctrl_ok
doc_and_source_for_drivers\\STM32MP157\\source\\A7\\07_GPIO\\04_gpio_use_pinctrl_ok

1. 我们要做什么

假设使用这个虚拟的GPIO Controller的pinA来控制LED：

如果不想在使用GPIO引脚时，在设备树中设置Pinctrl信息，

如果想让GPIO和Pinctrl之间建立联系，

我们需要做这些事情：

1.1 表明GPIO和Pinctrl间的联系

在GPIO设备树中使用gpio-ranges来描述它们之间的联系：

  • GPIO系统中有引脚号

  • Pinctrl子系统中也有自己的引脚号

  • 2个号码要建立映射关系

  • 在GPIO设备树中使用如下代码建立映射关系

    // 当前GPIO控制器的0号引脚, 对应pinctrlA中的128号引脚, 数量为12
gpio-ranges = <&pinctrlA 0 128 12>;

1.2 解析这些联系

在GPIO驱动程序中，解析跟Pinctrl之间的联系：处理gpio-ranges:

  • 这不需要我们自己写代码

  • 注册gpio_chip时会自动调用

    int gpiochip_add_data(struct gpio_chip *chip, void *data)
    status = of_gpiochip_add(chip);
				status = of_gpiochip_add_pin_range(chip);

of_gpiochip_add_pin_range
	for (;; index++) {
		ret = of_parse_phandle_with_fixed_args(np, "gpio-ranges", 3,
				index, &pinspec);

    	pctldev = of_pinctrl_get(pinspec.np); // 根据gpio-ranges的第1个参数找到pctldev

        // 增加映射关系	
        /* npins != 0: linear range */
        ret = gpiochip_add_pin_range(chip,
                                     pinctrl_dev_get_devname(pctldev),
                                     pinspec.args[0],
                                     pinspec.args[1],
                                     pinspec.args[2]);

1.3 编程

  • 在GPIO驱动程序中，提供gpio_chip->request

  • 在Pinctrl驱动程序中，提供pmxops->gpio_request_enable或pmxops->request

2. 编写设备树

pinctrl_virt: virtual_pincontroller {
	compatible = "100ask,virtual_pinctrl";
};

gpio_virt: virtual_gpiocontroller {
	compatible = "100ask,virtual_gpio";
    gpio-controller;
    #gpio-cells = <2>;
    ngpios = <4>;
    gpio-ranges = <&pinctrl_virt 0 0 4>; 
};

myled {
	compatible = "100ask,leddrv";
	led-gpios = <&gpio_virt 0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

3. 编程

3.1 GPIO控制器编程

gpio_chip中提供request函数：

chip->request = gpiochip_generic_request;

3.2 Pinctrl编程

static const struct pinmux_ops virtual_pmx_ops = {
	.get_functions_count = virtual_pmx_get_funcs_count,
	.get_function_name = virtual_pmx_get_func_name,
	.get_function_groups = virtual_pmx_get_groups,
	.set_mux = virtual_pmx_set,
    .gpio_request_enable = virtual_pmx_gpio_request_enable,
};

4. 上机实验

4.1 设置工具链

1. STM32MP157

注意：对于STM32MP157，以前说编译内核/驱动、编译APP的工具链不一样，其实编译APP用的工具链也能用来编译内核。

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin
2. IMX6ULL
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin

4.2 编译、替换设备树

1. STM32MP157

  • 修改arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts，添加如下代码：

    / {
   pinctrl_virt: virtual_pincontroller {
        compatible = "100ask,virtual_pinctrl";
        myled_pin: myled_pin {
                        functions = "gpio";
                        groups = "pin0";
                        configs = <0x11223344>;
        };
        i2cgrp: i2cgrp {
                functions = "i2c", "i2c";
                groups = "pin0", "pin1";
                configs = <0x11223344  0x55667788>;
        };
    };

    gpio_virt: virtual_gpiocontroller {
        compatible = "100ask,virtual_gpio";
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <2>;
        ngpios = <4>;
        gpio-ranges = <&pinctrl_virt 0 0 4>; 
    };

    myled {
        compatible = "100ask,leddrv";
        led-gpios = <&gpio_virt 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };
};

  • 编译设备树：
    在Ubuntu的STM32MP157内核目录下执行如下命令,
    得到设备树文件：arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb

    make dtbs

  • 复制到NFS目录：

    $ cp arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb ~/nfs_rootfs/

  • 开发板上挂载NFS文件系统

    • vmware使用NAT(假设windowsIP为192.168.1.100)

      [root@100ask:~]# mount -t nfs -o nolock,vers=3,port=2049,mountport=9999 
192.168.1.100:/home/book/nfs_rootfs /mnt

    • vmware使用桥接，或者不使用vmware而是直接使用服务器：假设Ubuntu IP为192.168.1.137

      [root@100ask:~]#  mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.1.137:/home/book/nfs_rootfs /mnt

  • 确定设备树分区挂载在哪里

    由于版本变化，STM32MP157单板上烧录的系统可能有细微差别。
    在开发板上执行cat /proc/mounts后，可以得到两种结果(见下图)：

    • mmcblk2p2分区挂载在/boot目录下(下图左边)：无需特殊操作，下面把文件复制到/boot目录即可

    • mmcblk2p2挂载在/mnt目录下(下图右边)

      • 在视频里、后面文档里，都是更新/boot目录下的文件，所以要先执行以下命令重新挂载：
        • mount /dev/mmcblk2p2 /boot

  • 更新设备树

    [root@100ask:~]# cp /mnt/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb /boot
[root@100ask:~]# sync

  • 重启开发板

2. IMX6ULL

  • 修改arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts，添加如下代码：

    / {
   pinctrl_virt: virtual_pincontroller {
        compatible = "100ask,virtual_pinctrl";
        myled_pin: myled_pin {
                        functions = "gpio";
                        groups = "pin0";
                        configs = <0x11223344>;
        };
        i2cgrp: i2cgrp {
                functions = "i2c", "i2c";
                groups = "pin0", "pin1";
                configs = <0x11223344  0x55667788>;
        };
    };

    gpio_virt: virtual_gpiocontroller {
        compatible = "100ask,virtual_gpio";
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <2>;
        ngpios = <4>;
        gpio-ranges = <&pinctrl_virt 0 0 4>; 
    };

    myled {
        compatible = "100ask,leddrv";
        led-gpios = <&gpio_virt 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };
};

  • 编译设备树：
    在Ubuntu的IMX6ULL内核目录下执行如下命令,
    得到设备树文件：arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb

    make dtbs

  • 复制到NFS目录：

    $ cp arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dtb ~/nfs_rootfs/

  • 开发板上挂载NFS文件系统

    • vmware使用NAT(假设windowsIP为192.168.1.100)

      [root@100ask:~]# mount -t nfs -o nolock,vers=3,port=2049,mountport=9999 
192.168.1.100:/home/book/nfs_rootfs /mnt

    • vmware使用桥接，或者不使用vmware而是直接使用服务器：假设Ubuntu IP为192.168.1.137

      [root@100ask:~]#  mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.1.137:/home/book/nfs_rootfs /mnt

    • 更新设备树

      [root@100ask:~]# cp /mnt/100ask_imx6ull-14x14.dtb /boot
[root@100ask:~]# sync

  • 重启开发板

4.3 编译、安装驱动程序

  • 编译：

    • 在Ubuntu上
    • 进入04_gpio_use_pinctrl_ok下的3个驱动目录，都执行make命令

  • 安装：

    • 在开发板上

    • 挂载NFS，复制文件，insmod，类似如下命令：

      mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.1.137:/home/book/nfs_rootfs /mnt
// 对于IMX6ULL，想看到驱动打印信息，需要先执行
echo "7 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk

insmod -f /mnt/virtual_pinctrl_driver.ko
insmod -f /mnt/virtual_gpio_driver.ko
insmod -f /mnt/leddrv.ko

ls /dev/100ask_led0
/mnt/ledtest /dev/100ask_led0 on
/mnt/ledtest /dev/100ask_led0 off

  • 观察内核打印的信息

5. 再次开后门

在STM32MP157的内核中，

Pinctrl驱动中并没有提供pmxops->gpio_request_enable或pmxops->request，

为什么也可一直接使用GPIO功能？

它的gpio_chip结构体中，有direction_input、direction_output，这2个函数的调用关系如下:

direction_output/direction_input
    pinctrl_gpio_direction
    	ret = pinmux_gpio_direction(pctldev, range, pin, input);
					ret = ops->gpio_set_direction(pctldev, range, pin, input);
								stm32_pmx_gpio_set_direction
                                    stm32_pmx_set_mode  // 它会设置引脚为GPIO功能

6. IMX6ULL的特殊情况

IMX6ULL使用GPIO时必须设置Pinctrl，如果不设置，只有那些默认就是GPIO功能的引脚可以正常使用。

原因：

  • GPIO控制器的设备树中，没有gpio-ranges

  • Pinctrl驱动中并没有提供pmxops->gpio_request_enable或pmxops->request

      			ret = ops->gpio_set_direction(pctldev, range, pin, input);
  						stm32_pmx_gpio_set_direction
                              stm32_pmx_set_mode  // 它会设置引脚为GPIO功能                  




### 6. IMX6ULL的特殊情况

IMX6ULL使用GPIO时必须设置Pinctrl，如果不设置，只有那些默认就是GPIO功能的引脚可以正常使用。

原因：

* GPIO控制器的设备树中，没有`gpio-ranges`
* Pinctrl驱动中并没有提供`pmxops->gpio_request_enable`或`pmxops->request`
* gpio_chip结构体中`direction_input`、`direction_output`，并没有配置引脚为GPIO功能

以上是关于10_编程_GPIO使用Pinctrl的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

基于Amlogic T972：结合DTS驱动Datasheet，解析Pinctrl子系统GPIO脚的复用方法

pinctrl 和 gpio 子系统

i.MX6ULL驱动开发 | 07 -gpio子系统

pinctrl 和gpio 子系统实验

pinctrl

pinctrl