在前一章中，我们讨论了 GPIO 线。这些线路通过一种称为 GPIO 控制器的特殊设备暴露在系统中。本章将逐步解释如何为这类设备编写驱动，从而涵盖以下主题:
- GPIO 控制器驱动架构和数据结构
- 用于 GPIO 控制器的 Sysfs 接口
- 数据传输中的通用输入输出控制器表示
此类设备的驱动应提供:
- 建立 GPIO 方向(输入和输出)的方法。
- 用于访问 GPIO 值的方法(获取和设置)。
- 方法将给定的 GPIO 映射到 IRQ 并返回关联的数字。
- 表示对其方法的调用是否可以休眠的标志，这非常重要。
- 可选的
debugfs dump方法(显示额外的状态，如上拉配置)。 - 称为基数的可选数字，GPIO 编号应从该数字开始。如果省略，它将被自动分配。
在内核中，GPIO 控制器被表示为struct gpio_chip的一个实例，在linux/gpio/driver.h中定义:
struct gpio_chip {
const char *label;
struct device *dev;
struct module *owner;
int (*request)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
void (*free)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
int (*get_direction)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
int (*direction_input)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
int (*direction_output)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset,
int value);
int (*get)(struct gpio_chip *chip,unsigned offset);
void (*set)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset, int value);
void (*set_multiple)(struct gpio_chip *chip, unsigned long *mask,
unsigned long *bits);
int (*set_debounce)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset,
unsigned debounce);
int (*to_irq)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
int base;
u16 ngpio;
const char *const *names;
bool can_sleep;
bool irq_not_threaded;
bool exported;
#ifdef CONFIG_GPIOLIB_IRQCHIP
/*
* With CONFIG_GPIOLIB_IRQCHIP we get an irqchip
* inside the gpiolib to handle IRQs for most practical cases.
*/
struct irq_chip *irqchip;
struct irq_domain *irqdomain;
unsigned int irq_base;
irq_flow_handler_t irq_handler;
unsigned int irq_default_type;
#endif
#if defined(CONFIG_OF_GPIO)
/*
* If CONFIG_OF is enabled, then all GPIO controllers described in the
* device tree automatically may have an OF translation
*/
struct device_node *of_node;
int of_gpio_n_cells;
int (*of_xlate)(struct gpio_chip *gc,
const struct of_phandle_args *gpiospec, u32 *flags);
} 以下是结构中每个柠檬的含义:
request是芯片特定激活的可选钩子。如果提供，则每当调用gpio_request()或gpiod_get()时，在分配 GPIO 之前执行。free是芯片专用去激活的可选钩子。如果提供，则每当调用gpiod_put()或gpio_free()时，在释放 GPIO 之前执行。- 每当需要知道 GPIO
offset的方向时，就会执行get_direction。返回值应为 0 表示出，1 表示入，(与GPIOF_DIR_XXX相同)，或者为负误差。 direction_input将信号offset配置为输入，否则返回错误。get返回 GPIOoffset的值；对于输出信号，这将返回实际检测到的值或零。set将输出值分配给 GPIOoffset。- 当需要为
mask定义的多个信号分配输出值时，调用set_multiple。如果没有提供，内核将安装一个通用钩子，遍历mask位并在每个位集上执行chip->set(i)。
请参阅以下内容，了解如何实现该功能:
static void gpio_chip_set_multiple(struct gpio_chip *chip,
unsigned long *mask, unsigned long *bits)
{
if (chip->set_multiple) {
chip->set_multiple(chip, mask, bits);
} else {
unsigned int i;
/* set outputs if the corresponding mask bit is set */
for_each_set_bit(i, mask, chip->ngpio)
chip->set(chip, i, test_bit(i, bits));
}
} set_debounce如果控制器支持，这个钩子是一个可选的回调，用于为指定的 GPIO 设置去抖时间。to_irq是提供 GPIO 到 IRQ 映射的可选钩子。每当要执行gpio_to_irq()或gpiod_to_irq()功能时，都会调用这个函数。此实现可能不会休眠。base标识该芯片处理的第一个 GPIO 号；或者，如果在注册期间为负，内核将自动(动态)分配一个。ngpio是该控制器提供的 GPIOs 数量，从base开始，到(base + ngpio - 1)结束。names，如果设置，必须是字符串数组，用作该芯片中 GPIOs 的替代名称。数组必须是ngpio大小，任何不需要别名的 GPIO 都可以将其条目设置为数组中的NULL。can_sleep是一个布尔标志，如果get()/set()方法可能休眠，则设置该标志。GPIO 控制器(也称为扩展器)位于总线上就是这种情况，例如 I2C 或 SPI，其访问可能会导致睡眠。这意味着，如果芯片支持 IRQ，这些 IRQ 需要线程化，因为芯片访问可能会休眠，例如在读取 IRQ 状态寄存器时。对于映射到内存(SoC 的一部分)的 GPIO 控制器，这可以设置为 false。irq_not_threaded是布尔标志，如果设置了can_sleep，则必须设置，但是 IRQs 不需要线程化。
Each chip exposes a number of signals, identified in method calls by offset values in the range 0 (ngpio - 1). When those signals are referenced through calls like gpio_get_value(gpio), the offset is calculated by subtracting base from the GPIO number.
在定义了每个回调并设置了其他字段之后，应该在配置的struct gpio_chip结构上调用gpiochip_add()，以便向内核注册控制器。说到注销，使用gpiochip_remove()。仅此而已。您可以看到编写自己的 GPIO 控制器驱动是多么容易。在图书资源库中，您将找到一个工作正常的 GPIO 控制器驱动，用于微芯片的 MCP23016 I2C 输入/输出扩展器，其数据表可在http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20090C.pdf获得。
要编写这样的驱动，您应该包括:
#include <linux/gpio.h> 以下是我们为控制器编写的驱动的摘录，只是为了向您展示编写 GPIO 控制器驱动的任务有多简单:
#define GPIO_NUM 16
struct mcp23016 {
struct i2c_client *client;
struct gpio_chip chip;
};
static int mcp23016_probe(struct i2c_client *client,
const struct i2c_device_id *id)
{
struct mcp23016 *mcp;
if (!i2c_check_functionality(client->adapter,
I2C_FUNC_SMBUS_BYTE_DATA))
return -EIO;
mcp = devm_kzalloc(&client->dev, sizeof(*mcp), GFP_KERNEL);
if (!mcp)
return -ENOMEM;
mcp->chip.label = client->name;
mcp->chip.base = -1;
mcp->chip.dev = &client->dev;
mcp->chip.owner = THIS_MODULE;
mcp->chip.ngpio = GPIO_NUM; /* 16 */
mcp->chip.can_sleep = 1; /* may not be accessed from actomic context */
mcp->chip.get = mcp23016_get_value;
mcp->chip.set = mcp23016_set_value;
mcp->chip.direction_output = mcp23016_direction_output;
mcp->chip.direction_input = mcp23016_direction_input;
mcp->client = client;
i2c_set_clientdata(client, mcp);
return gpiochip_add(&mcp->chip);
} 要从控制器驱动中请求自有的 GPIO，不应使用gpio_request()。GPIO 驱动可以使用以下函数来请求和释放描述符，而不必永远固定在内核上:
struct gpio_desc *gpiochip_request_own_desc(struct gpio_desc *desc, const char *label)
void gpiochip_free_own_desc(struct gpio_desc *desc) 用gpiochip_request_own_desc()请求的描述符必须用gpiochip_free_own_desc()发布。
根据为其编写驱动的控制器，您可能需要实现一些引脚控制操作来处理引脚多路复用、配置等:
- 对于一个只能做简单 GPIO 的管脚控制器，一个简单的
struct gpio_chip就足够处理了。不需要设置struct pinctrl_desc结构，只需要把 GPIO 控制器驱动写成它就可以了。 - 如果控制器能够在 GPIO 功能的基础上产生中断，必须设置一个
struct irq_chip并注册到 IRQ 子系统。 - 对于具有引脚多路复用、高级引脚驱动强度、复杂偏置的控制器，应设置以下三个接口:
struct gpio_chip，本章前面讨论过struct irq_chip，下一章讨论(第 16 章、高级 IRQ 管理struct pinctrl_desc，书中没有讨论，但在Documentation/pinctrl . txt的内核文档中有很好的解释
成功gpiochip_add()后，将创建一个路径类似/sys/class/gpio/gpiochipX/的目录条目，其中X是 GPIO 控制器库(从#X开始提供 GPIO 的控制器)，具有以下属性:
base，其值与X相同，对应gpio_chip.base(如果静态赋值)，是该芯片管理的第一个 GPIO。label，用于诊断(不总是唯一的)。ngpio，告知该控制器提供多少个 GPIOs】)。这与gpio_chip.ngpios中的定义相同。
所有上述属性都是只读的。
DT 中声明的每个 GPIO 控制器都必须设置布尔属性gpio-controller。一些控制器提供映射到 GPIO 的 IRQ。在这种情况下，属性interrupt-cells也应该设置，通常使用2，但这取决于需要。第一个单元是引脚号，第二个单元代表中断标志。
gpio-cells应设置为标识有多少个单元用于描述一个 GPIO 说明符。一个通常使用<2>，第一个单元格标识 GPIO 号，第二个用于标志。实际上，大多数非内存映射的 GPIO 控制器不使用标志:
expander_1: mcp23016@27 {
compatible = "microchip,mcp23016";
interrupt-controller;
gpio-controller;
#gpio-cells = <2>;
interrupt-parent = <&gpio6>;
interrupts = <31 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
reg = <0x27>;
#interrupt-cells=<2>;
}; 前面的例子是我们的 GPIO-controller 设备的节点，完整的设备驱动提供了这本书的源代码。
本章不仅仅是为您可能遇到的 GPIO 控制器编写驱动的基础。它解释了描述这种设备的主要结构。下一章涉及高级 IRQ 管理，我们将在其中看到如何管理中断控制器，从而在微芯片的 MCP23016 扩展器的驱动中添加此类功能。