在Linux驱动中使用gpio子系统

reference：

• https://blog.csdn.net/shiyongyue/article/details/75103446
• http://blog.rongpmcu.com/gpiozi-xi-tong-he-pinctrlzi-xi-tong/
• https://www.cnblogs.com/Cqlismy/p/11891789.html
• https://www.cnblogs.com/hellokitty2/p/12500546.html
• https://blog.csdn.net/ccwzhu/article/details/103079297
• pinctrl：https://www.cnblogs.com/hellokitty2/p/12501493.html

内核相关文档

Documentationdevicetreeindingspinctrlpinctrl-bindings.txt
Documentationgpiogpio.txt
Documentationdevicetreeindingsgpiogpio.txt

背景

随着内核的发展，linux驱动框架在不断的变化。在早期，GPIO子系统存在之前，我们驱动需要在代码中配置寄存器来使用GPIO引脚。

此后，出现了gpio子系统，后来又出现了pinctrl子系统。

有些平台的实现没有使用内核提供的pinctrl子系统，而是继续采用在内核提供pinctrl子系统前自己实现的那套机制来pinmux操作，如Ti的omap平台；

有些平台则基于pinctrl子系统来实现pinmux、pinconf的控制。

介绍

GPIO子系统可以说是Linux中最简单的子系统。

• GPIO（General Purpose Input Output）：负责管理整个系统各gpio输入输出管脚的使用情况，同时通过sys文件系统导出了调试信息和应用层控制接口。
• Pinctrl（Pin Control）：负责管理SOC中各pin的状态，比如输出电流能力、是否有内部上拉或者下拉，是否有功能复用等参数。

要想操作GPIO引脚，需要先把所用引脚配置成GPIO功能，这个通过pinctrl子系统来实现。然后可以根据设置的引脚的方向来读取引脚的值和设置输出值。

在BSP工程师实现好GPIO子系统后，我们就可以在设备树中指定GPIO引脚，在驱动中使用GPIO子系统的标准函数来获取GPIO、设置GPIO方向、读取/设置GPIO的值。这样的驱动代码是于单板无关的。

gpio子系统

gpio子系统内部实现主要提供了两类接口：

• 一类给bsp工程师，用于注册gpio chip（也就是所谓的gpio控制器驱动）

• 另一部分给驱动工程师使用，为驱动工程师屏蔽了不同gpio chip之间的区别，驱动工程师调用的api的最终操作流程会导向gpio对应的gpio chip的控制代码，也就是bsp的代码。

核心实现

gpio子系统的实现源码在drivers/gpio文件夹下，主要文件有：

在安卓系统中，实现源码在kernel/drivers/gpio

文件	作用
devres.c	针对gpio api增加的devres机制的支持
gpiolib.c	gpio子系统的核心实现
gpiolib-of.c	对设备树的支持
gpiolib-acpi.c	和acpi相关，不分析
gpio-xxx.c	根据平台的不同，所对应的gpio控制

gpio子系统提供了两层接口，一层给上层驱动工程师调用，一层给下层bsp工程师调用。

上层使用前，当然先得bsp工程师完成对应的动作。

GPIO子系统有两套接口：

1. 一是基于描述符(descriptor-based)的，相关api函数都是以"gpiod_"为前缀，它使用gpio_desc结构来表示一个引脚。

2. 另一种是老(legency)的，相关api函数都是以"gpio_"为前缀，它使用一个整数来表示一个引脚，强烈建议不要使用legacy的接口函数。

其实，legacy gpio 大部分api就是基于描述符api来实现的，我们可以看到很多legacy api内部的实现调用了to_desc。

// 1.获取GPIO
gpiod_get;
gpiod_get_index;
gpiod_get_array;
devm_gpiod_get;
devm_gpiod_get_index;
devm_gpiod_get_array;

// 2.设置方向
gpiod_direction_input;
gpiod_direction_output;

// 3.读值、写值
gpiod_get_value;
gpiod_set_value;

// 4. 设为中断（如果必要）
request_irq(gpiod_to_irq(gpio_desc)...); //将gpio转为对应的irq，然后注册该irq的中断handler
    
// 5.释放GPIO
gpiod_put;
gpiod_put_array;
devm_gpiod_put;
devm_gpiod_put_array;

前缀为"devm_"的含义是设备资源管理，这是一种自动释放资源的机制。

思想：“资源是属于设备的，设备不存在时资源就可以自动释放”。

背景：在Linux驱动开发过程中，先申请了GPIO，再申请内存，如果内存申请失败，那么在返回之前就需要先释放GPIO资源。如果使用的是devm相关函数，在内存申请失败时可以直接返回，设备的销毁函数会自动地释放已经申请了的GPIO资源。

因此，建议使用devm相关函数操作GPIO。

gpio控制api( descriptor)

使用基于描述符的接口时，GPIO被作为一个描述符来使用。

• https://zhuanlan.zhihu.com/p/115657651
• https://www.cnblogs.com/bforever/p/10528395.html

#include <linux/gpio/consumer.h>
// 更多相关的说明可以参考 Documentation/gpio/consumer.txt

获取一个或一组GPIO

struct gpio_desc * gpiod_get(struct device *dev, 
                             const char *con_id,
                             enum gpiod_flags flags);

/*
在允许GPIO不存在时，可以使用gpiod_get_optional()和gpiod_get_index_optional()函数。
这两个函数在没有成功分配到GPIO的时候返回NULL而不是-ENOENT。
*/
struct gpio_desc * gpiod_get_optional(struct device *dev,
                                      const char *con_id,
                                      enum gpiod_flags flags);

struct gpio_descs {
    unsigned int ndescs; // 数量
    struct gpio_desc *desc[]; // 每一个 desc 的情况
}
// 返回gpio_descs 注意：不是 gpio_desc
struct gpio_descs * gpiod_get_array(struct device *dev,
                                    const char *con_id,
                                    enum gpiod_flags flags);

/*多个Pin时需要附带index参数。*/
struct gpio_desc * gpiod_get_index(struct device *dev,
                                   const char *con_id, 
                                   unsigned int idx,
                                   enum gpiod_flags flags);

struct gpio_desc * gpiod_get_index_optional(struct device *dev,
                                            const char *con_id,
                                            unsigned int index,
                                            enum gpiod_flags flags);

struct gpio_desc * devm_gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id,
                                  enum gpiod_flags flags);

struct gpio_desc * devm_gpiod_get_index(struct device *dev,
                                        const char *con_id,
                                        unsigned int idx,
                                        enum gpiod_flags flags);

描述：必须通过调用gpiod_get()函数族来获取对应的描述符。

参数解析：

• con_id：字符串类型，即GPIO的名字；

一般需要查看设备树中的定义。除此之外，我们还可以在设备树文件里添加参数（GPIO_ACTIVE_LOW、GPIO_OPEN_DRAIN、GPIO_OPEN_SOURCE）来触发该接口内部设置gpio，具体的参数格式和具体的gpio chip driver有关，一般可以在Documentation/devicetree/bindings/gpio里找到对应平台的方法。

有关DeviceTree情况中con_id参数的更详细说明请参阅Documentation/gpio/board.txt

例如：

在SD卡驱动看到的去查找名字为cd-gpios的gpio：

// simple.c:
ctx->cd_gpio = devm_gpiod_get_optional(dev, "cd", 0);

在使用SD卡驱动的主dts就有cd pin的定义：

// xxx.dts:
	cd-gpios = <&gpio2 12 GPIO_ACTIVE_LOW>;

• index：逻辑下标。将一个GPIO设备（DESC）下的多个Pin看成一个数组，此时index是数组成员下标。

内核文档有个例子，比如gpio如下定义：

led-gpios = <&gpio 15 GPIO_ACTIVE_HIGH>, /* red */
    		<&gpio 16 GPIO_ACTIVE_HIGH>, /* green */
    		<&gpio 17 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* blue */

如果index是0，那么对应的就是gpio 15；如果index是1，那么对应就是gpio 16，以此类推。

• flags：用于可选地指定GPIO的方向和初始值，它的值可以是：
  • GPIOD_ASIS或0表示根本不初始化GPIO。需要随后使用专门的函数设置方向
  • GPIOD_IN初始化GPIO作为输入。
  • GPIOD_OUT_LOW将GPIO初始化为输出，值为0。
  • GPIOD_OUT_HIGH将GPIO初始化为输出，值为1。
  • GPIOD_OUT_LOW_OPEN_DRAIN:与GPIOD_OUT_LOW相同，但强制以开漏的方式使用
  • GPIOD_OUT_HIGH_OPEN_DRAIN:与GPIOD_OUT_HIGH相同，但强制以开漏的方式使用

最后两个标志用于必须开漏方式的情况，比如GPIO被用作I2C时，如果该GPIO尚未在映射（参见board.txt）中被配置为开漏方式，将被强制配置为开漏方式并给出WARNING。

这两个函数都返回有效的GPIO描述符或可被IS_ERR()检查的错误代码（它们永远不会返回NULL指针）。

返回值：成功返回一个GPIO描述符；失败返回错误编码，可以使用IS_ERR()进行检查错误原因。

• 返回-ENOENT只会发生在当且仅当没有为设备/功能/索引三元组成功分配GPIO的时候。
• 其他错误代码用于已成功分配GPIO，但在试图获得它的时候发生了错误的情况：这可以用于区分错误原因是可选GPIO参数错误还是GPIO缺失这两种情况。

释放

void gpiod_put(struct gpio_desc *desc);
void gpiod_put_array(struct gpio_descs *descs); // 对应 get*array

void devm_gpiod_put(struct device *dev, struct gpio_desc *desc);
void devm_gpiod_put_array(struct device *dev, struct gpio_descs *descs);

描述：释放之前通过get获取的GPIO描述符

注意：在释放之后，严格禁止使用被释放的描述符；也不允许在使用gpiod_get_array()获取的数组中单独使用gpiod_put()释放描述符。

设置方向

注意：GPIO没有默认方向。因此，使用GPIO前必须首先设置其方向，否则将导致未定义的行为！

// 设置GPIO为输入还是输出
int gpiod_direction_input(struct gpio_desc *desc);
int gpiod_direction_output(struct gpio_desc *desc, int value);

// 查询GPIO的当前方向：返回0表示输出，1表示输入，或错误代码（如果出错）
int gpiod_get_direction(const struct gpio_desc *desc);

描述：使用设备驱动必须首先确定GPIO的方向。如果在调用gpiod_get* ()时，flag指定了nodirection，就可以调用上面的某个gpiod_direction_*()函数来设置方向：

参数解析：

• value：对于输出GPIO，提供的值将成为初始输出值；用于避免系统启动期间的信号故障。

返回值：成功返回值为零，否则返回值为负的错误代码。

该返回值应该被检查，因为之后获取/设置GPIO引脚值get/set调用不会返回错误，所以错误的配置是有可能的。您通常应该在任务上下文进行这些调用。但是，对于自旋锁安全（Spinlock-Safe）的GPIO，可以作为板级设置初期的一部分，在启用任务之前使用它们。

使用单个GPIO

/* 
Spinlock-Safe的GPIO访问 
	意义：如果操作GPIO可能导致sleep，那么同步机制不能采用spinlock，因为spinlock要求不能sleep
*/


// 读取输出引脚的值时，返回的值应该是引脚上的值。由于包括开漏信号和输出延迟在内的问题，它并不总是匹配指定的输出值。
int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc);

void gpiod_set_value(struct gpio_desc *desc, int value);

描述：大多数GPIO控制器可通过存储器读/写指令访问。在不能睡眠的环境下调用。

不能睡眠的环境：内部hard（非线程的）IRQ handler、类似的上下文中完成的操作（即原子操作中）。

参数解析：

• value：布尔值，零为低，非零为高。

返回值：get/set调用不会返回错误，因为“无效的GPIO”应该在这之前就从gpiod_direction_*()中得知。

但请注意，并非所有平台都可以读取输出引脚的值；对于那些不能读取的平台，函数永远返回零。另外，使用这些函数访问需要睡眠才能安全访问的GPIO（见下文）是错误的操作。

/* 允许睡眠的GPIO访问 */

// 判断是否允许睡眠：返回非零 代表 可以睡眠：
int gpiod_cansleep(const struct gpio_desc *desc);

// 获取、设置GPIO的值。
int gpiod_get_value_cansleep(const struct gpio_desc * desc);
void gpiod_set_value_cansleep(struct gpio_desc * desc，int value);

描述：有些GPIO控制器必须使用基于消息的总线（如I2C或SPI）访问。读取或写入这些GPIO值的命令需要等待到达队列的头部以传输命令并获得其响应。这样就需要允许睡眠，导致这类GPIO的访问不能在内部IRQ处理程序内（原子上下文）完成。

访问这样的GPIO需要一个可以休眠的上下文，例如一个threaded IRQ处理程序，并且必须使用上述访问函数访问函数（而不是没有带cansleep()后缀的）。

除了可以睡眠，无法在hardIRQ处理程序访问的特点以外，这些调用与Spinlock-Safe的调用相同。

使用gpio的时候需要了解一下低有效和开漏语义，见附录。

使用一组GPIO

## 获取值
int gpiod_get_array_value(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);
int gpiod_get_raw_array_value(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);
int gpiod_get_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);
int gpiod_get_raw_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);

## 设置值
void gpiod_set_array_value(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);
void gpiod_set_raw_array_value(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);
void gpiod_set_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);
void gpiod_set_raw_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
		struct gpio_desc **desc_array,
		int *value_array);

描述：如果相应的芯片驱动器支持，这些函数将尝试同时访问属于同一存储体或芯片的GPIO。在这种情况下，可以预期显著改善的性能。如果无法同时访问，GPIO将按顺序访问。用来获取、设置GPIO的值。

参数解析：

• array_size - 数组元素的数量
• desc_array - GPIO描述符数组，可以是任意一组GPIO

如何理解“任意”：

我们可以先使用gpiod_get()和gpiod_get_array()的任意组合来获得描述符后，放入一个我们自己构建数组中，再将其传递给上述函数）。

同时，如果为了获得最佳性能，属于同一芯片的GPIO应该在描述符数组中是连续的。

• value_array - 存储GPIO值（get）的数组或要分配给GPIO的值数组（set）

返回值：

• gpiod_get_array_value()及其变体成功时返回0，错误返回负数。
• gpiod_get_value()在成功传递GPIO值时返回0或1。使用数组函数时，GPIO值存储在value_array中，而不是作为返回值传回。

小例子：

struct gpio_descs *my_gpio_descs = gpiod_get_array(...);

if(!my_gpio_descs) 
    return ERROR...
    
gpiod_set_array_value(my_gpio_descs->ndescs, my_gpio_descs->desc,
		my_gpio_values);

配置为中断（可选）

int gpiod_to_irq(const struct gpio_desc *desc);

描述：获取与给定GPIO相对应的IRQ编号。

返回值：返回IRQ编号或负的errno代码（很可能是因为该特定GPIO不能用作IRQ）。

注意：

• 使用未使用gpiod_direction_input()设置为输入的GPIO，或者使用最初不是来自gpiod_to_irq()的IRQ编号，是错误的操作。
• gpiod_to_irq()不允许休眠。

从gpiod_to_irq()返回的非错误值可以传递给request_irq()或free_irq()。

它们通常通过特定于板的初始化代码存储到平台设备的IRQ资源中。

注意，IRQ触发选项是IRQ接口的一部分，例如， IRQF_TRIGGER_FALLING，

导出到应用空间（可选）

drivers/gpio/gpiolib.c

/**
 * gpiod_export - export a GPIO through sysfs
 * @gpio: gpio to make available, already requested
 * @direction_may_change: true if userspace may change gpio direction
 * Context: arch_initcall or later
 *
 * When drivers want to make a GPIO accessible to userspace after they
 * have requested it -- perhaps while debugging, or as part of their
 * public interface -- they may use this routine.  If the GPIO can
 * change direction (some can't) and the caller allows it, userspace
 * will see "direction" sysfs attribute which may be used to change
 * the gpio's direction.  A "value" attribute will always be provided.
 *
 * Returns zero on success, else an error.
 */
int gpiod_export(struct gpio_desc *desc, bool direction_may_change)

gpiod_export提供了用户层的访问，主要用于驱动工程师调试或者应用程序控制。

描述：将该gpio的信息通过sys文件系统导出，这样应用层可以直接查看状态、设置状态等。

参数解析：

• direction_may_change： 用来标记这个gpio的输入输出方向是否可以改变。

如果该gpio已经设置了输入或者输出，那么它的direction_may_change为false。

兼容

旧的GPIO系统使用基于标号的结构而不是基于描述符。可以使用如下两个函数进行相互转换：

int desc_to_gpio(const struct gpio_desc *desc);
struct gpio_desc *gpio_to_desc(unsigned gpio);

注意：不能使用一套API的方法释放另一套API获取的设备。

附录：GPIO子系统其他内容

低有效和开漏语义

介绍

一般情况下，使用GPIO子系统的开发者并不需要关心GPIO对外的实际电平，因此，gpiod_set_value_xxx()或 gpiod_set_array_value_xxx() 这样的函数都以逻辑值操作。

这些函数会将低电平有效的性质考虑在内。也就是说，低电平有效，物理值0对应逻辑值的1。

如果我们事先告知内核某一个GPIO是低电平有效（active_low）这些函数内部会进行处理，就不再需要我们关心“到底是不是电平1有效还是电平0有效”，

例如，如果设置了GPIO的低电平有效属性，并且gpiod_set_(array)_value_xxx()传递了逻辑值1（“asserted”），则物理线路电平将被驱动为低电平。

这同样适用于开漏或开源输出：它们并不输出高电平（开漏）或低电平（开源），它们只是将输出切换到高阻抗值。使用者应该不需要关注。

有关的详细信息，请参阅driver.txt中关于开漏的细节。

总结：

函数（示例）	线路属性	物理线路
gpiod_set_raw_value(desc, 0);	-	低电平
gpiod_set_raw_value(desc, 0);	-	高电平
gpiod_set_value(desc, 0);	默认（高电平有效）	低电平
gpiod_set_value(desc, 1);	默认（高电平有效）	高电平
gpiod_set_value(desc, 0);	低电平有效	高电平
gpiod_set_value(desc, 1);	低电平有效	低电平
gpiod_set_value(desc, 0);	开漏	低电平
gpiod_set_value(desc, 1);	开漏	高阻态
gpiod_set_value(desc, 0);	开漏	高阻态
gpiod_set_value(desc, 1);	开漏	高电平

接口

当然，如果你硬是要知道GPIO此时的电平值（的确需要管理GPIO线路物理状态），可以使用下面的一组函数来达到你要的目的。

但应尽可能避免去读原始值，尤其是系统无关的驱动程序，它们只需要关心逻辑值。

下面的一组调用忽略GPIO的低有效或开漏属性，设置什么值，物理值就是什么什么值：

raw-value 的意思就是不在乎DTS里面的ACTIVE，我set 高电平，就是高电平。

int gpiod_get_raw_value(const struct gpio_desc *desc);
void gpiod_set_raw_value(struct gpio_desc *desc, int value);
int gpiod_get_raw_value_cansleep(const struct gpio_desc *desc);
void gpiod_set_raw_value_cansleep(struct gpio_desc *desc, int value);
int gpiod_direction_output_raw(struct gpio_desc *desc, int value);

还可以使用以下方法查询GPIO的低有效属性：

int gpiod_is_active_low(const struct gpio_desc *desc);

请注意，这些函数只能在使用者明白自己在做什么的情况下使用；驱动程序一般不应该关心线路物理状态或开漏语义。

在设备树中设置低有效

假设我们在DTS里面这样设置

reset-gpios = <&gpio3 RK_PA3 GPIO_ACTIVE_LOW>;

然后我们这样调用：

gpiod_set_value_cansleep(gc5025->reset_gpio, 1);

因为DTS里面的active 状态是 GPIO_ACTIVE_LOW，所以这个代码输出的是 低电平。

系统唤醒功能

这个功能与ACPI有关。

有关详细信息，请参阅Documentation/acpi/gpio-properties.txt

在ACPI系统上，GPIO由设备的_CRS配置对象列出的GpioIo()/ GpioInt()资源描述。这些资源不提供GPIO的连接ID（名称），因此有必要为此目的使用附加机制。

符合ACPI 5.1或更新版本的系统可能可以提供_DSD配置对象，它可以用于提供_CRS中的GpioIo()/ GpioInt()资源描述的特定GPIO的连接ID。如果是这种情况，它将由GPIO子系统自动处理。但是，如果不存在_DSD，则GpioIo()/ GpioInt()资源与GPIOconnection ID之间的映射需要由设备驱动程序提供。

附录：legacy-api

#include <linux/gpio.h>

还有一组用于允许睡眠场景的api没有给出，更多相关的说明可以参考Documentation/gpio/gpio-legacy.txt

使用流程：

• 申请、释放：gpio_request、gpio_free
• 设置GPIO方向：gpio_direction_input、gpio_direction_output
• 获取设置GPIO值：gpio_get_value、gpio_set_value
• （可选）设置为中断：gpio_to_irq
• （可选）导出到sys文件系统：gpio_export

判断

/*
 * "valid" GPIO numbers are nonnegative and may be passed to
 * setup routines like gpio_request().  only some valid numbers
 * can successfully be requested and used.
 *
 * Invalid GPIO numbers are useful for indicating no-such-GPIO in
 * platform data and other tables.
 */
static inline bool gpio_is_valid(int number)
{
    return number >= 0 && number < ARCH_NR_GPIOS;
}

描述：来判断获取到的gpio号是否是有效的，只有有效的gpio号，才能向内核中进行申请使用，因此，当我们从设备树的设备节点获取到gpio号，可以使用该函数进行判断是否有效。

参数解析：

• numb：需要判断的GPIO号。

返回值：合法为1，否则为0。

申请、释放

/* Always use the library code for GPIO management calls,
 * or when sleeping may be involved.
 */
extern int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);
extern void gpio_free(unsigned gpio);

/**
 * struct gpio - a structure describing a GPIO with configuration
 * @gpio:    the GPIO number
 * @flags:    GPIO configuration as specified by GPIOF_*
 * @label:    a literal description string of this GPIO
 */
struct gpio {
    unsigned    gpio;
    unsigned long    flags;
    const char    *label;
};

int gpio_request_one(unsigned gpio, unsigned long flags, const char *label);
int gpio_request_array(struct gpio *array, size_t num);
void gpio_free_array(const struct gpio *array, size_t num);

/* CONFIG_GPIOLIB: bindings for managed devices that want to request gpios */
int devm_gpio_request(struct device *dev, unsigned gpio, const char *label);
int devm_gpio_request_one(struct device *dev, unsigned gpio,
              unsigned long flags, const char *label);
void devm_gpio_free(struct device *dev, unsigned int gpio);

以gpio_request为例，gpio_request_one、gpio_request_array是它的扩展，devm_为前缀的是gpio devres机制的实现。

描述：请求一个/一组gpio。

参数解析：

• gpio：gpio号，可以通过sdk开发包说明文档查看，或者查看设备树文件，也可以在gpio chip驱动的实现中找到。
• flags：可以指定GPIOF_OPEN_DRAIN、GPIOF_OPEN_SOURCE、GPIOF_DIR_IN、GPIOF_EXPORT等标志
  • 如果指定了GPIOF_DIR_IN，那么后面就不需要自己再额外调用gpio_direction_input或者gpio_direction_output了，
  • 如果指定了GPIOF_EXPORT，后面就不需要自己调用gpio_export了。
• label：向系统中申请GPIO使用的标签，类似于GPIO的名称
• array，num：是gpio_request_array对gpio_request_one的封装，用于处理同时申请多个gpio的情形。
• dev：带有devm_前缀，用于带设备资源管理版本的函数，因此在使用上面的函数时，需要指定设备的struct device指针，生命周期与设备相同。

返回值：成功返回0。

意义：gpio_request主要做了以下动作：

1. 检查是否已经被申请，没有的话，标记为已申请
2. 填充label到该pin数据结构，用于debug
3. 如果chip driver提供了request回调，调用它
4. 如果chip driver提供了get_direction回调，调用它，通过它更新pin数据结构，标明gpio方向

用法举例：

static struct gpio leds_gpios[] = {
    { 32, GPIOF_OUT_INIT_HIGH, "Power LED" }, /* default to ON */
    { 33, GPIOF_OUT_INIT_LOW,  "Green LED" }, /* default to OFF */
    { 34, GPIOF_OUT_INIT_LOW,  "Red LED"   }, /* default to OFF */
    { 35, GPIOF_OUT_INIT_LOW,  "Blue LED"  }, /* default to OFF */
    { ... },
};

err = gpio_request_one(31, GPIOF_IN, "Reset Button");
if (err)
    ...;

err = gpio_request_array(leds_gpios, ARRAY_SIZE(leds_gpios));
if (err)
    ...;

gpio_free_array(leds_gpios, ARRAY_SIZE(leds_gpios)); 

设置方向

//设置gpio方向为输入/输出
gpio_direction_input 或者gpio_direction_output        ---------<2>  ;

static inline int gpio_direction_input(unsigned gpio)
{
    return gpiod_direction_input(gpio_to_desc(gpio));
}

static inline int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
{
    return gpiod_direction_output_raw(gpio_to_desc(gpio), value);
}

描述：当我们使用gpio_request()函数族向系统中申请了GPIO资源后，可以使用上面的函数进行GPIO的方向设置：

• 函数gpio_direction_input()用来设置GPIO的方向为输入
• 函数gpio_direction_output()用来设置GPIO的方向为输出，并且通过value值可以设置输出的电平。

意义： gpio_direction_input或者gpio_direction_output主要是回调gpio chip driver提供的direction_input或者direction_output来设置该gpio寄存器为输入、输出。

导出

// include/asm-generic/gpio.h

/*
 * A sysfs interface can be exported by individual drivers if they want,
 * but more typically is configured entirely from userspace.
 */


static inline int gpio_export(unsigned gpio, bool direction_may_change)
{
    return gpiod_export(gpio_to_desc(gpio), direction_may_change);
}

gpio_export提供了用户层的访问，主要用于驱动工程师调试或者应用程序控制。

描述：将该gpio的信息通过sys文件系统导出，这样应用层可以直接查看状态、设置状态等。

参数解析：

• direction_may_change： 用来标记这个gpio的输入输出方向是否可以改变。

如果该gpio已经设置了输入或者输出，那么它的direction_may_change为false。

使用

static inline int gpio_get_value(unsigned int gpio)
{
    return __gpio_get_value(gpio);
}

static inline void gpio_set_value(unsigned int gpio, int value)
{
    __gpio_set_value(gpio, value);
}

描述：当我们将GPIO的方向设置为输入时，可以使用上面的函数gpio_get_value()来获取当前的IO口电平值，当GPIO的方向设置为输出时，使用函数gpio_set_value()可以设置IO口的电平值。

申请中断

static inline int gpio_to_irq(unsigned int gpio)
{
    return __gpio_to_irq(gpio);
}

描述：用于获取该gpio对应的中断号，这个需要设备树里的该gpio节点描述使用哪个中断号

并不是所有的gpio都可以触发中断的。

意义：回调gpio chip driver提供的to_irq。

例子

reference：https://www.cnblogs.com/Cqlismy/p/11891789.html

设备树（高通msm平台）：

dev_gpio {
    status = "okay";
    compatible = "dev-gpio";
    label = "test_gpio";
    gpios = <&msm_gpio 68 0>;
};

驱动程序：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/sysfs.h>

struct gpio_platform_data {
    const char *label;
    unsigned int gpio_num;
    enum of_gpio_flags gpio_flag;
};

struct gpio_drvdata {
    struct gpio_platform_data *pdata;

    bool gpio_state;
};

static ssize_t ctrl_show(struct device *dev, 
                         struct device_attribute *attr, char *buf)
{
    struct gpio_drvdata *ddata = dev_get_drvdata(dev);
    int ret;

    if (ddata->gpio_state)
        ret = snprintf(buf, PAGE_SIZE - 2, "%s", "enable");
    else
        ret = snprintf(buf, PAGE_SIZE - 2, "%s", "disable");

    buf[ret++] = '
';
    buf[ret] = '';

    return ret;
}

static ssize_t ctrl_store(struct device *dev,
                          struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count)
{
    struct gpio_drvdata *ddata = dev_get_drvdata(dev);
    bool state = ddata->gpio_state;

    if (!strncmp(buf, "enable", strlen("enable"))) {
        if (!state) {
            gpio_set_value(ddata->pdata->gpio_num, !state);
            ddata->gpio_state = !state;
            goto ret;
        }
    } else if (!strncmp(buf, "disable", strlen("disable"))) {
        if (state) {
            gpio_set_value(ddata->pdata->gpio_num, !state);
            ddata->gpio_state = !state;
            goto ret;
        }
    }

    return 0;

    ret:
    return strlen(buf);
}
static DEVICE_ATTR(ctrl, 0644, ctrl_show, ctrl_store);

static ssize_t gpio_show(struct device *dev,
                         struct device_attribute *attr, char *buf)
{
    struct gpio_drvdata *ddata = dev_get_drvdata(dev);
    int ret;

    ret = snprintf(buf, PAGE_SIZE - 2, "gpio-number: GPIO_%d",
                   ddata->pdata->gpio_num - 911);
    buf[ret++] = '
';
    buf[ret] = '';

    return ret;
}
static DEVICE_ATTR(gpio, 0444, gpio_show, NULL);

static struct attribute *gpio_attrs[] = {
    &dev_attr_ctrl.attr,
    &dev_attr_gpio.attr,
    NULL
};

static struct attribute_group attr_grp = {
    .attrs = gpio_attrs,
};

static struct gpio_platform_data *
    gpio_parse_dt(struct device *dev)
{
    int ret;
    struct device_node *np = dev->of_node;
    struct gpio_platform_data *pdata;

    pdata = kzalloc(sizeof(*pdata), GFP_KERNEL);
    if (!pdata) {
        dev_err(dev, "failed to alloc memory of platform data
");
        return NULL;
    }

    ret = of_property_read_string(np, "label", &pdata->label);
    if (ret) {
        dev_err(dev, "failed to read property of lable
");
        goto fail;
    }

    pdata->gpio_num = of_get_named_gpio_flags(np, "gpios",
                                              0, &pdata->gpio_flag);
    if (pdata->gpio_num < 0) {
        dev_err(dev, "invalid gpio number %d
", pdata->gpio_num);
        ret = pdata->gpio_num;
        goto fail;
    }

    return pdata;

    fail:
    kfree(pdata);
    return ERR_PTR(ret);
}

static int gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct gpio_drvdata *ddata;
    struct gpio_platform_data *pdata;
    struct device *dev = &pdev->dev;
    struct device_node *np = dev->of_node;
    int ret;

    printk("[%s]==========gpio_probe start==========
", __func__);

    if (!np) {
        dev_err(dev, "failed to find device node of gpio device
");
        return -ENODEV;
    }

    ddata = kzalloc(sizeof(*ddata), GFP_KERNEL);
    if (!ddata) {
        dev_err(dev, "failed to alloc memory for driver data
");
        return -ENOMEM;
    }

    pdata = gpio_parse_dt(dev);
    if (IS_ERR(pdata)) {
        dev_err(dev, "failed to parse device node
");
        ret = PTR_ERR(pdata);
        goto fail1;
    }
    /* gpio初始化 */
    if (gpio_is_valid(pdata->gpio_num)) {
        /* 申请gpio资源 */
        ret = gpio_request(pdata->gpio_num, pdata->label);
        if (ret) {
            dev_err(dev, "failed to request gpio number %d
",
                    pdata->gpio_num);
            goto fail2;
        }
        /* 设置gpio的方向(输出) */
        ret = gpio_direction_output(pdata->gpio_num, 0);
        if (ret) {
            dev_err(dev, "failed to set gpio direction for output
");
            goto fail3;
        }
        /* 在sysfs中导出gpio(方向不能改变) */
        ret = gpio_export(pdata->gpio_num, false);
        if (ret) {
            dev_err(dev, "failed to export gpio %d
", pdata->gpio_num);
            goto fail3;
        }
        /* 设置gpio电平值(高电平) */
        gpio_set_value(pdata->gpio_num, 1);
    }

    ddata->gpio_state = false;
    ddata->pdata = pdata;
    platform_set_drvdata(pdev, ddata);

    ret = sysfs_create_group(&dev->kobj, &attr_grp);
    if (ret) {
        dev_err(dev, "failed to create sysfs files
");
        goto fail3;
    }

    printk("[%s]==========gpio_probe over==========
", __func__);
    return 0;

    fail3:
    gpio_free(pdata->gpio_num);
    fail2:
    kfree(pdata);
    fail1:
    kfree(ddata);
    return ret;
}

static int gpio_remove(struct platform_device *pdev)
{
    struct gpio_drvdata *ddata = platform_get_drvdata(pdev);
    struct gpio_platform_data *pdata = ddata->pdata;

    sysfs_remove_group(&pdev->dev.kobj, &attr_grp);
	/* 释放已经申请的gpio资源 */
    if (gpio_is_valid(pdata->gpio_num))
        gpio_free(pdata->gpio_num);

    kfree(pdata);
    pdata = NULL;

    kfree(ddata);
    ddata = NULL;

    return 0;
}

static struct of_device_id device_match_table[] = {
    { .compatible = "dev-gpio",},
    { },
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, device_match_table);

static struct platform_driver dev_gpio_driver = {
    .probe = gpio_probe,
    .remove = gpio_remove,
    .driver = {
        .name = "dev-gpio",
        .owner = THIS_MODULE,
        .of_match_table = device_match_table,
    },
};

module_platform_driver(dev_gpio_driver);

MODULE_AUTHOR("HLY");
MODULE_LICENSE("GPL v2");

当驱动模块加载的时候，由于嵌入了platform_driver这个驱动框架中，所以看起来复杂一点，实际上根据上面的注释进行参考即可：

• 需要获取要使用的GPIO号，然后需要向系统申请使用GPIO资源
• 资源申请成功后，我们需要设置GPIO的方向（输入或者输出），
• 此外，还能使用gpio_export()函数在sysfs中导出GPIO，导出的好处在于可以方便地debug代码，
• 当驱动模块卸载时，需要将已经申请的GPIO资源进行释放掉

另外，在设备节点中导出了ctrl和gpio属性文件，便可以很方便地在应用层进行设备的GPIO控制了。

本文地址：https://www.cnblogs.com/schips/p/linux_subsystem_using_gpio_ss.html