GPIO 使用 简介 GPIO, 全称 General-Purpose Input/Output（通用输入输出），是一种软件运 行期间能够动态配置和控制的通用引脚。 所有的 GPIO 在上电后的初始状态都 是输入模式，可以通过软件设为上拉或下拉，也可以设置为中断脚，驱动强度都 是可编程的,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。 本文以 GPIO0_B4 和 GPIO4_D5 这两个 GPIO 口为例写了一份简单操作 GPIO 口 的驱动，在 SDK 的路径为："kernel/drivers/gpio/gpio-firefly.c",以下就以 该驱动为例介绍 GPIO 的操作。 GPIO引脚计算 ROC-RK3568-PC-SE 有 5 组 GPIO bank：GPIO0~GPIO4，每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分,常用以下公式计算引脚： GPIO pin脚计算公式：pin = bank * 32 + number GPIO 小组编号计算公式：number = group * 8 + X 下面演示GPIO4_D5 pin脚计算方法： bank = 4;      //GPIO4_D5 => 4, bank ∈ [0,4] group = 3;      //GPIO4_D5 => 3, group ∈ {(A=0), (B=1), (C=2), (D=3)} X = 5;       //GPIO4_D5 => 5, X ∈ [0,7] number = group * 8 + X = 3 * 8 + 5 = 29 pin = bank*32 + number= 4 * 32 + 29 = 157; GPIO4_D5 对应的设备树属性描述为:<&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>,由 "kernel/include/dt-bindings/pinctrl/rockchip.h"的宏定义可知，也可以将 GPIO4_D5描述为<&gpio4 RK_PD5 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>。 #define RK_PA0 0 #define RK_PA1 1 #define RK_PA2 2 #define RK_PA3 3 #define RK_PA4 4 #define RK_PA5 5 #define RK_PA6 6 #define RK_PA7 7 #define RK_PB0 8 #define RK_PB1 9 #define RK_PB2 10 #define RK_PB3 11 ...... GPIO4_D5 可能被其他功能占用，以下仅是举例说明。当引脚没有被其它外设复 用时, 我们可以通过export导出该引脚去使用 :/ # ls /sys/class/gpio/ export gpiochip128 gpiochip32 gpiochip64 unexport gpiochip0 gpiochip255 gpiochip500 gpiochip96 :/ # echo 157 > /sys/class/gpio/export :/ # ls /sys/class/gpio/ export gpiochip0 gpiochip255 gpiochip500 gpiochip96 gpio157 gpiochip128 gpiochip32 gpiochip64 unexport :/ # ls /sys/class/gpio/gpio157 active_low device direction edge power subsystem uevent value :/ # cat /sys/class/gpio/gpio157/direction in :/ # cat /sys/class/gpio/gpio157/value 0 输入输出 首先在 DTS 文件中增加驱动的资源描述： kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk356x-firefly-demo.dtsi gpio_demo: gpio_demo { status = "okay"; compatible = "firefly,rk356x-gpio"; firefly-gpio = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* GPIO0_B4 */ firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */ }; 这里定义了一个脚作为一般的输出输入口： firefly-gpio GPIO0_B4 "GPIO_ACTIVE_HIGH" 表示高电平有效，如果想要低电平有效，可以改为： "GPIO_ACTIVE_LOW"，这个属性将被驱动所读取。 然后在 probe 函数中对 DTS 所添加的资源进行解析，代码如下： static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; int gpio; enum of_gpio_flags flag; struct firefly_gpio_info *gpio_info; struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node; printk("Firefly GPIO Test Program Probe\n"); gpio_info = devm_kzalloc(&pdev->dev,sizeof(struct firefly_gpio_info), GFP_KERNEL); if (!gpio_info) { return -ENOMEM; } gpio = of_get_named_gpio_flags(firefly_gpio_node, "firefly-gpio", 0, &flag); if (!gpio_is_valid(gpio)) { printk("firefly-gpio: %d is invalid\n", gpio); return -ENODEV; } if (gpio_request(gpio, "firefly-gpio")) { printk("gpio %d request failed!\n", gpio); gpio_free(gpio); return -ENODEV; } gpio_info->firefly_gpio = gpio; gpio_info->gpio_enable_value = (flag == OF_GPIO_ACTIVE_LOW) ? 0:1; gpio_direction_output(gpio_info->firefly_gpio, gpio_info->gpio_enable_value); printk("Firefly gpio putout\n"); ... } "of_get_named_gpio_flags" 从设备树中读取 "firefly-gpio" 和 "firefly- irq-gpio" 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 。在驱动中调用 "gpio_direction_output" 就可以设置输出高还是低电平，这里默认输出从 DTS 获取得到的有效电平 "GPIO_ACTIVE_HIGH"，即为高电平，如果驱动正常工作， 可以用万用表测得对应的引脚应该为高电平。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 #include 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); 中断 在 Firefly 的例子程序中还包含了一个中断引脚，GPIO 口的中断使用与 GPIO 的输入输出类似，首先在 DTS 文件中增加驱动的资源描述： kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk356x-firefly-demo.dtsi gpio { compatible = "firefly-gpio"; firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */ }; IRQ_TYPE_EDGE_RISING 表示中断由上升沿触发，当该引脚接收到上升沿信号时 可以触发中断函数。 这里还可以配置成如下： IRQ_TYPE_NONE //默认值，无定义中断触发类型 IRQ_TYPE_EDGE_RISING //上升沿触发 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING //下降沿触发 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH //上升沿和下降沿都触发 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH //高电平触发 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW //低电平触发 然后在 probe 函数中对 DTS 所添加的资源进行解析，再做中断的注册申请，代 码如下： static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; int gpio; enum of_gpio_flags flag; struct firefly_gpio_info *gpio_info; struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node; ... gpio_info->firefly_irq_gpio = gpio; gpio_info->firefly_irq_mode = flag; gpio_info->firefly_irq = gpio_to_irq(gpio_info->firefly_irq_gpio); if (gpio_info->firefly_irq) { if (gpio_request(gpio, "firefly-irq-gpio")) { printk("gpio %d request failed!\n", gpio); gpio_free(gpio); return IRQ_NONE; } ret = request_irq(gpio_info->firefly_irq, firefly_gpio_irq, flag, "firefly-gpio", gpio_info); if (ret != 0) free_irq(gpio_info->firefly_irq, gpio_info); dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ: %d\n", ret); } return 0; } static irqreturn_t firefly_gpio_irq(int irq, void *dev_id) //中断函数 { printk("Enter firefly gpio irq test program!\n"); return IRQ_HANDLED; } 调用 "gpio_to_irq" 把 GPIO 的 PIN 值转换为相应的 IRQ 值，调用 "gpio_request" 申请占用该 IO 口，调用 "request_irq" 申请中断，如果失败 要调用 "free_irq" 释放，该函数中 "gpio_info-firefly_irq" 是要申请的硬 件中断号，"firefly_gpio_irq" 是中断函数，"gpio_info->firefly_irq_mode" 是中断处理的属性，"firefly-gpio" 是设备驱动程序名称，"gpio_info" 是该 设备的 "device" 结构，在注册共享中断时会用到。 复用 GPIO 口除了通用输入输出、中断功能外，还可能有其它复用功能，如GPIO0_B4, 就有如下几个功能： 那么在使用作GPIO口时，就需要注意是否被复用为其他功能了，这里可以用io命 令查看iomux来判断是否复用，在调试方法的章节中有相关说明，这里不多作说 明。 假如通过io命令发现GPIO0_B4有复用作I2C1_SDA，使用GPIO0_B4作gpio或 者其他功能时就需要将I2C1 disabled掉。 &i2c1 { status = "disabled"; }; gpio_demo: gpio_demo { status = "okay"; compatible = "firefly,rk356x-gpio"; firefly-gpio = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* GPIO0_B4 */ firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */ }; Note: 此处GPIO0_B4仅作示例，实际使用中不推荐如此修改 上面介绍了在DTS上修改，那在运行时又如何切换功能呢？下面以 I2C4_m0 为例 作简单的介绍,详细介绍可以参考"RKDocs/common/PIN-Ctrl/Rockchip- Developer-Guide-Linux-Pin-Ctrl-CN.pdf"。 查规格表可知，I2C4_SDA_M0 与 I2C4_SCL_M0 的功能定义如下： 在 "kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568.dtsi" 里有： i2c4: i2c@fe5d0000 { compatible = "rockchip,rk3399-i2c"; reg = <0x0 0xfe5d0000 0x0 0x1000>; clocks = <&cru CLK_I2C4>, <&cru PCLK_I2C4>; clock-names = "i2c", "pclk"; interrupts = ; pinctrl-names = "default", "gpio"; pinctrl-0 = <&i2c4m0_xfer>; pinctrl-1 = <&i2c4mo_gpio>; //此处源码未添加 #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; status = "disabled"; }; 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: &i2c4m0_xfer pinctrl-1 定义了状态 1 (即 gpio)时需要设置的 pinctrl: &i2c4mo_gpio 这些 pinctrl 在 "kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568-pinctrl.dtsi" 中这样定义： pinctrl: pinctrl { compatible = "rockchip,rk3568-pinctrl"; rockchip,grf = <&grf>; rockchip,pmu = <&pmugrf>; #address-cells = <2>; #size-cells = <2>; ranges; i2c4 { /omit-if-no-ref/ i2c4m0_xfer: i2c4m0-xfer { rockchip,pins = /* i2c4_sclm0 */ <4 RK_PB3 1 &pcfg_pull_none_smt>, /* i2c4_sdam0 */ <4 RK_PB2 1 &pcfg_pull_none_smt>; }; }; // 此处源码未添加，仅作示例 gpio { /omit-if-no-ref/ i2c4m0_gpio: i2c4m0-gpio { rockchip,pins = <4 RK_PB2 0 &pcfg_pull_none>, <4 RK_PB3 0 &pcfg_pull_none>; }; }; }; RK_FUNC_1,RK_FUNC_GPIO 的定义在 "kernel/include/dt- bindings/pinctrl/rockchip.h" ，此处简写作0和1： #define RK_FUNC_GPIO 0 #define RK_FUNC_1 1 #define RK_FUNC_2 2 #define RK_FUNC_3 3 #define RK_FUNC_4 4 #define RK_FUNC_5 5 #define RK_FUNC_6 6 #define RK_FUNC_7 7 在复用时，如果选择了 "default" （即 i2c 功能),系统会应用 i2c4m0_xfer 这个 pinctrl，最终将 GPIO4_B2 和 GPIO4_B3 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 i2c4m0_gpio 这个 pinctrl，将 GPIO4_B2 和 GPIO4_B3 两个针脚还原为 GPIO 功能。 我们看看如下 i2c 的驱动程序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 i2c4 结点的 gpios 属于所定义的两个 gpio: gpios = <&gpio1 GPIO_B3 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio1 GPIO_B4 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 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); FAQs Q1: 如何将 PIN 的 MUX 值切换为一般的 GPIO？ A1: 当使用 GPIO request 时候，会将该 PIN 的 MUX 值强制切换为 GPIO，所 以使用该 PIN 脚为 GPIO 功能的时候确保该 PIN 脚没有被其他模块所使用。 Q2: 为什么我用 IO 指令读出来的值都是 0x00000000？ A2: 如果用 IO 命令读某个 GPIO 的寄存器，读出来的值异常,如 0x00000000 或 0xffffffff 等，请确认该 GPIO 的 CLK 是不是被关了，GPIO 的 CLK 是由 CRU 控制，可以通过读取 datasheet 下面 CRU_CLKGATE_CON* 寄存器来查到 CLK 是否开启，如果没有开启可以用 io 命令设置对应的寄存器，从而打开对应 的 CLK，打开 CLK 之后应该就可以读到正确的寄存器值了。 Q3: 测量到 PIN 脚的电压不对应该怎么查？ A3: 测量该 PIN 脚的电压不对时，如果排除了外部因素，可以确认下该 PIN 所 在的 IO 电压源是否正确，以及 IO-Domain 配置是否正确。 Q4: gpio_set_value() 与 gpio_direction_output() 有什么区别？ A4: 如果使用该 GPIO 时，不会动态的切换输入输出，建议在开始时就设置好 GPIO 输出方向，后面拉高拉低时使用 gpio_set_value() 接口，而不建议使用 gpio_direction_output(), 因为 gpio_direction_output 接口里面有 mutex 锁，对中断上下文调用会有错误异常，且相比 gpio_set_value， gpio_direction_output 所做事情更多，浪费。