概述
熟悉单片机或者裸机辑编程的读者我想应该对gpio不陌生吧，对于裸机而言，我们只要配置对应的gpio寄存器，就可以驱动gpio完成输入、输出以及一些时序模拟的操作。
众所周知，linux是一个庞大而完善的系统，尤其是驱动框架，其中就包含gpio和pinctrl 子系统专门用于操作gpio。
注意
1、裸机开发，完成gpio的操作需要两步。
a. 设置gpio复用功能以及电气属性（包括上下拉、驱动能力、时钟等）。
b. 设置gpio方向，设置gpio输出数据、以及gpio输入数据读取。
2、类比裸机开发，linux完成gpio操作同样需要两步。
a. 调用pinctrl子系统完成gpio复用功能和电气属性的设置。
b. 调用gpio子系统完成gpio的相应操作。
接口
pinctrl子系统，硬件信息定义在设备树中 &iomuxc -> imx6ul-evk节点下。
/* pinctrl分析，设备树中 &iomuxc -> imx6ul-evk节点下 */ pinctrl_feng_gpioled: fledgrp { fsl,pins = < MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0X10B0 /* GPIO01_IO03 LED */ >; };MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03信息定义在文件imx6ul-pinfunc.h中。
/* imx6ul-pinfunc.h文件中定义 mux_reg conf_reg input_reg mux_mode input_val*/ #define MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x0068 0x02F4 0x0000 0x5 0x0主要包含五部分内容：
①mux_reg，表示mux寄存器地址，注意这里的地址是偏移地址，起始地址定义在IOMUXC中。
②conf_reg，表示pad寄存器地址，这里的地址同样是偏移地址。
③input_reg，表示输入寄存器地址，没有此寄存器无效。
④mux_mode，表示mux寄存器的值，这里的5表示复用为GPIO1_IO3。
⑤input_val，表示输入寄存器的值，这里无效。
0X10B0则是pad寄存器的值。
gpio子系统，硬件信息可以定义在设备树中根节点下。
/** * @&gpio1：表示feng_led_gpio引脚使用的IO属于GPIO1组。 * @3：表示 GPIO1 组的第3号IO。 * @GPIO_ACTIVE_LOW:表示低电平有效。高电平有效写作GPIO_ACTIVE_HIGH。 **/ feng_alpha_gpioled { ... pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&pinctrl_feng_gpioled>; feng_led_gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; ... };&gpio1：表示feng_led_gpio引脚使用的IO属于GPIO1组。
3：表示 GPIO1 组的第3号IO。
通过&gpio1和3这两个值驱动程序就知道feng_led_gpio引脚使用了 GPIO1_IO3.
GPIO_ACTIVE_LOW:表示低电平有效。高电平有效写作GPIO_ACTIVE_HIGH。gpio资源申请与释放。
/** * gpio资源申请，位置：linux/gpio.h * @gpio：gpio信息 label：gpio名字 * @申请成功返回0，失败返回-1 **/ static inline int gpio_request(unsigned gpio, const char *label); /** * gpio资源释放，位置：linux/gpio.h * @gpio：gpio信息 **/ static inline void gpio_free(unsigned gpio);gpio方向设置。
/** * 设置gpio为输入，位置：linux/gpio.h * @gpio：gpio信息 * @成功返回0，失败返回-1 **/ static inline int gpio_direction_input(unsigned gpio); /** * 设置gpio输出，且输出指定值，位置：linux/gpio.h * @gpio：gpio信息 value：输出值 * @成功返回0，失败返回-1 **/ static inline int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);读取gpio输入和设置gpio输出。
/** * 获取gpio的值，仅输入有效，位置：linux/gpio.h * @gpio：gpio信息 * @获取到的值 **/ static inline int gpio_get_value(unsigned gpio); /** * 设置gpio输出值，仅输出有效，位置：linux/gpio.h * @gpio：gpio信息 value：输出值 **/ static inline void gpio_set_value(unsigned gpio, int value);gpio值与中断向量值相互转换。
/** * 通过gpio的值得到中断向量值，位置：linux/gpio.h * @gpio：gpio信息 * @中断向量值 **/ static inline int gpio_to_irq(unsigned gpio); /** * 通过中断向量值获取gpio的值，位置：linux/gpio.h * @irq：中断向量值 * @gpio值 **/ static inline int irq_to_gpio(unsigned int irq);
示例
★示例采用正点原子的阿尔法开发板进行验证，关于硬件信息在之前的文章《浅谈linux - 地址映射ioremap》已经详细介绍过，不清楚的读者可以前往查看。
★包含驱动头文件led_pf_gpio_dts_chrdrv.h和源文件led_pf_gpio_dts_chrdrv.c、设备树源文件atomic.dts（只截取了测试部分的设备树内容）、应用程序main.c以及编译规则文件Makefile（均已验证通过）。
led_pf_gpio_dts_chrdrv.h
/** * @Filename : led_pf_gpio_dts_chrdrv.h * @Revision : $Revision: 1.00 $ * @Author : Feng(更多编程相关的知识和源码见微信公众号：不只会拍照的程序猿，欢迎订阅) * @Description : GPIO操作示例 **/ #ifndef __LED_PF_GPIO_DTS_CHRDRV_H__ #define __LED_PF_GPIO_DTS_CHRDRV_H__ #include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/platform_device.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/miscdevice.h> #include <linux/uaccess.h> #include <linux/io.h> //ioremap/iounmap #include "chrdev.h" #include <linux/device.h> #include <linux/of.h> #include <linux/of_address.h> #include <linux/of_gpio.h> #define LED_ON 0x100001 #define LED_OFF 0x100002 /* 驱动类定义 */ struct class_led { struct class_chrdev *chrdev; /* 字符设备对象 */ struct device_node *np; /* 设备树中的节点 */ unsigned int pin; /* 引脚信息 */ int gpio; /* 保存gpio编号 */ }; #endif
led_pf_gpio_dts_chrdrv.c
/** * @Filename : led_pf_gpio_dts_chrdrv.c * @Revision : $Revision: 1.00 $ * @Author : Feng(更多编程相关的知识和源码见微信公众号：不只会拍照的程序猿，欢迎订阅) * @Description : GPIO操作示例 **/ #include "led_pf_gpio_dts_chrdrv.h" struct class_led fengled; /** * @LED控制 * @cmd: LED_ON打开LED，else关闭LED */ static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long buf); static struct file_operations led_fops = { .unlocked_ioctl = led_ioctl }; /** * @platform总线驱动和设备匹配后回调函数 * @pdev: 指向platform_dev对象 */ static int pf_led_probe(struct platform_device *pdev); /** * @移除platform总线驱动或设备后的回调函数 * @pdev: 指向platform_dev对象 */ static int pf_led_remove(struct platform_device *pdev); /* 匹配列表，用于设备树中的compatible属性进行匹配 */ static const struct of_device_id pf_led_of_match[] = { {.compatible = "feng,alpha_pf_led"}, {/* Sentinel */} }; /* LED驱动定义 */ struct platform_driver led_drv = { .driver = { .owner = THIS_MODULE, .name = "feng_led", .of_match_table = pf_led_of_match, }, .probe = pf_led_probe, /* 匹配后的回调函数 */ .remove = pf_led_remove /* dev或drv移除后的回调函数 */ }; /** * @打开LED * @gpio: gpio信息 */ static void _led_on(const int gpio) { gpio_set_value(gpio, 0); printk("led on...\n"); } /** * @关闭LED * @gpio: gpio信息 */ static void _led_off(const int gpio) { gpio_set_value(gpio, 1); printk("led off...\n"); } /** * @初始化LED相关寄存器 * @gpio: gpio信息 */ static int _led_init(const int p_gpio) { if (gpio_request(p_gpio, "f_led_gpio") < 0) { printk("gpio_request error...\n"); return -1; } else { printk("gpio_request ok...\n"); } if (gpio_direction_output(p_gpio, 1) < 0) { printk("gpio_direction_output error...\n"); return -1; } else { printk("gpio_direction_output ok...\n"); } return 0; } /** * 获取设备信息，成功返回0，失败返回-1 * @pdev: 总线匹配调用probe传入的设备信息参数 * @dev: 用于保存设备信息 * @注意: 设备名，总线框架中，匹配之后调用probe函数，传入设备对象里面的pdev->dev.of_node * @记录的是设备树节点信息，因此，可以直接读取设备信息，而不用再调用函数of_find_node_by_path查找节点 * @成功返回0，失败返回-1 */ static int _led_dts_info_get(struct platform_device *pdev, struct class_led *dev) { /* 获取并保存设备节点 */ if ((dev->np = pdev->dev.of_node) == NULL) { printk("node[compatible : %s] not found...\n", pf_led_of_match[0].compatible); return -1; } /* 获取gpio属性信息 */ if ((dev->gpio = of_get_named_gpio(dev->np, "feng_led_gpio", 0)) < 0) { printk("feng_led_gpio not found...\n"); return -1; } return 0; } /** * @LED控制 * @cmd: LED_ON打开LED，else关闭LED */ static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long buf) { if (cmd == LED_ON) _led_on(fengled.gpio); else _led_off(fengled.gpio); return 0; } /** * @platform总线驱动和设备匹配后回调函数,用于完成设备初始化、资源申请、创建字符设备等操作 * @pdev: 指向platform_dev对象 */ static int pf_led_probe(struct platform_device *dev) { /* 1. 获取设备树资源信息 */ if (_led_dts_info_get(dev, &fengled) == -1) return -1; /* 2. 硬件初始化 */ if (_led_init(fengled.gpio) == -1) return -1; /* 3. 注册设备 */ if ((fengled.chrdev = chrdev_create("cls_gpioled", "chr_gpioled", "feng_gpioled", &led_fops)) == NULL) { printk("create char device error...\n"); return -1; } return 0; } /** * @移除platform总线驱动或设备后的回调函数,用于完成资源释放、设备销毁等操作 * @pdev: 指向platform_dev对象 */ /* */ static int pf_led_remove(struct platform_device *dev) { gpio_free(fengled.gpio); /* 释放gpio资源 */ chrdev_destroy(fengled.chrdev); /* 注销字符设备 */ return 0; } /** * @模块入口函数 */ static int __init led_drv_init(void) { return platform_driver_register(&led_drv); } /** * @模块出口函数 */ static void __exit led_drv_exit(void) { platform_driver_unregister(&led_drv); printk("platform drv remove...\n"); } module_init(led_drv_init); module_exit(led_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); /* 调用modinfo xx(模块名)查看 */ MODULE_AUTHOR("feng"); /* 模块的作者 */ MODULE_VERSION ("1.00"); /* 模块版本号 */ /* MODULE_DESCRIPTION("xxxxx"); 模块描述 */ /* MODULE_ALIAS("xxx"); 模块别名 */
main.c
/** * @Filename : main.c * @Revision : $Revision: 1.00 $ * @Author : Feng(更多编程相关的知识和源码见微信公众号：不只会拍照的程序猿，欢迎订阅) * @Description : led设备应用示例 **/ /*调试宏*/ #define DEBUG #ifdef DEBUG #define pr_debug(fmt, ...) printf(fmt, ##__VA_ARGS__) #else #define pr_debug(fmt, ...) #endif /*头文件*/ #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/ioctl.h> #include <fcntl.h> #include <string.h> #define LED_ON 0x100001 #define LED_OFF 0x100002 #define LED_DEV_FILE "/dev/feng_gpioled" /** * @主函数 * @用户输入/home/app/main on 1 打开LED **/ int main(int argc, char *argv[]) { int fd; int num = 1; if (argc != 3) { pr_debug("Usage: %s <on|off> <1|2|3|4>\n", argv[0]); return -1; } if ((fd = open(LED_DEV_FILE, O_RDWR)) < 0) { pr_debug("file open failed...\n"); return -1; } num = strtoul(argv[2], NULL, 0); if (!strcmp(argv[1], "on")) ioctl(fd, LED_ON, &num); else if (!strcmp(argv[1], "off")) ioctl(fd, LED_OFF, &num); else pr_debug("input commend wrong...\n"); close(fd); return 0; }
atomic.dts
feng_alpha_gpioled { compatible = "feng,alpha_pf_led"; pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&pinctrl_feng_gpioled>; feng_led_gpio = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; pin = <3>; }; pinctrl_feng_gpioled: fledgrp { fsl,pins = < MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0X10B0 /* GPIO01_IO03 LED */ >; };
Makefile
#根文件所在目录 ROOTFS_DIR = /home/feng/atomic/rootfs #交叉编译工具链 CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabihf- CC = $(CROSS_COMPILE)gcc #目标文件名 TAR_NAME = led_pf_gpio_dts #应用程序名字 APP_NAME = led #驱动目录路径 DRV_DIR = $(ROOTFS_DIR)/home/drv DRV_DIR_LIB = $(ROOTFS_DIR)/lib/modules/4.1.15 #动态库目录路径 LIB_DIR = $(ROOTFS_DIR)/home/lib #应用程序目录路径 APP_DIR = $(ROOTFS_DIR)/home/app #KERNELRELEASE由内核makefile赋值 ifeq ($(KERNELRELEASE), ) #内核路径 KERNEL_DIR =/home/feng/atomic/resource/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga #当前文件路径 CURR_DIR = $(shell pwd) all: #编译模块 make -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURR_DIR) modules #编译应用程序 -$(CC) -o $(APP_NAME) main.c clean: #清除模块文件 make -C $(KERNEL_DIR) M=$(CURR_DIR) clean #清除应用文件 -rm $(APP_NAME) install: #拷贝模块文件 #cp -raf $(TAR_KEY_NAME)_drv.ko $(TAR_KEY_NAME)_dev.ko $(DRV_DIR) #cp -raf keyin.ko wq.ko timer.ko $(DRV_DIR_LIB) cp -raf *.ko $(DRV_DIR_LIB) #拷贝应用文件 -cp -raf $(APP_NAME) $(APP_DIR) else #指定编译什么文件 obj-m += $(TAR_NAME)_chrdrv.o chrdev.o #obj-m += $(TAR_NAME).o endif
结论
1、进入内核目录，执行make dtbs命令编译设备树；然后执行./cp_kernel.sh命令，拷贝设备树文件到tftp目录。
feng:linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga$ make dtbs CHK include/config/kernel.release CHK include/generated/uapi/linux/version.h CHK include/generated/utsrelease.h make[1]: “include/generated/mach-types.h”已是最新。 CHK include/generated/bounds.h CHK include/generated/asm-offsets.h CALL scripts/checksyscalls.sh DTC arch/arm/boot/dts/atomic.dtb feng:linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga$ ./cp_kernel.sh feng:linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga$2、重启目标机，进入设备树目录（/proc/device-tree），查看相关设备节点是否挂载成功。
/ # cd /proc/device-tree/ /sys/firmware/devicetree/base # ls #address-cells feng_alpha_led@020C406C #size-cells interrupt-controller@00a01000 aliases memory backlight model chosen name clocks pxp_v4l2 compatible regulators cpus reserved-memory fdts@77777777 soc feng_alpha_gpiobeep sound feng_alpha_gpiokey spi4 feng_alpha_gpioled /sys/firmware/devicetree/base #3、进入设备节点目录，查看设备节点信息。
/sys/firmware/devicetree/base # cd feng_alpha_gpioled/ /sys/firmware/devicetree/base/feng_alpha_gpioled # ls compatible name pinctrl-0 feng_led_gpio pin pinctrl-names /sys/firmware/devicetree/base/feng_alpha_gpioled # cat name feng_alpha_gpioled/sys/firmware/devicetree/base/feng_alpha_gpioled # cat compatible feng,alpha_pf_led/sys/firmware/devicetree/base/feng_alpha_gpioled #4、进入模块目录，执行make命令编译模块；然后执行make install命令，拷贝模块到目标机指定目录。
feng:pf_gpio_dts$ make #编译模块 make -C /home/feng/atomic/resource/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga M=/mnt/hgfs/Share/linux/atomic/driver/led/pf_gpio_dts modules make[1]: 进入目录“/home/feng/atomic/resource/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga” CC [M] /mnt/hgfs/Share/linux/atomic/driver/led/pf_gpio_dts/led_pf_gpio_dts_chrdrv.o CC [M] /mnt/hgfs/Share/linux/atomic/driver/led/pf_gpio_dts/chrdev.o Building modules, stage 2. MODPOST 2 modules CC /mnt/hgfs/Share/linux/atomic/driver/led/pf_gpio_dts/chrdev.mod.o LD [M] /mnt/hgfs/Share/linux/atomic/driver/led/pf_gpio_dts/chrdev.ko CC /mnt/hgfs/Share/linux/atomic/driver/led/pf_gpio_dts/led_pf_gpio_dts_chrdrv.mod.o LD [M] /mnt/hgfs/Share/linux/atomic/driver/led/pf_gpio_dts/led_pf_gpio_dts_chrdrv.ko make[1]: 离开目录“/home/feng/atomic/resource/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga” #编译应用程序 arm-linux-gnueabihf-gcc -o led main.c feng:pf_gpio_dts$ make install #拷贝模块文件 #cp -raf _drv.ko _dev.ko /home/feng/atomic/rootfs/home/drv #cp -raf keyin.ko wq.ko timer.ko /home/feng/atomic/rootfs/lib/modules/4.1.15 cp -raf *.ko /home/feng/atomic/rootfs/lib/modules/4.1.15 #拷贝应用文件 cp -raf led /home/feng/atomic/rootfs/home/app feng:pf_gpio_dts$5、在目标机上执行modprobe命令加载模块。
注意：在模块加载之前，需要先调用depmod命令，生成模块依赖文件。
/ # depmod / # modprobe led_pf_gpio_dts_chrdrv.ko gpio_request ok... gpio_direction_output ok... register chrdev ok... / #6、在目标机上运行应用测试程序打开LED，观察开发板LED是否点亮。
/ # /home/app/led on 1 led on... / #7、在目标机上运行应用测试程序关闭LED，观察开发板LED是否熄灭。
/ # /home/app/led off 1 led off... / #8、在目标机上执行modprobe -r命令卸载模块。
/ # modprobe -r led_pf_gpio_dts_chrdrv.ko platform drv remove... / # lsmod Module Size Used by Tainted: G / #9、综上、示例展示了pinctrl和gpio子系统在实际项目中的使用方法。
往期 · 推荐
浅谈linux - 字符设备框架
帮你自动化办公的python-自动提取pdf指定页（项目概述）
也没想象中那么神秘的数据结构-一种通用化的双向链表设计（底层源码）
也没想象中那么神秘的数据结构-一环扣一环的“链表”（双向链表）
我用C语言玩对象，偷偷关注着你的观察者模式（基类设计）
关注
更多精彩内容，请关注微信公众号：不只会拍照的程序猿，本人致力分享linux、设计模式、C语言、嵌入式、编程相关知识，也会抽空分享些摄影相关内容，同样也分享大量摄影、编程相关视频和源码，另外你若想要本文章源码请关注公众号：不只会拍照的程序猿，后台回复：linux驱动源码。
