GPIO控制器驱动-gpio_chip
在中，我们处理了GPIO lines。这些lines通过⼀个叫做GPIO控制器的特殊设备向系统开放。本章将逐步解释如何为这些设备编写驱动程序，因此包括以下主题:
GPIO控制器驱动结构和数据结构
GPIO控制器的Sysfs接⼝
GPIO控制器在DT中的表⽰
驱动架构和数据结构
此类设备的驱动程序应提供以下内容:
建⽴GPIO⽅向(输⼊输出)的⽅法。
⽤于访问GPIO值的⽅法(get和set)。
将给定的GPIO映射到IRQ并返回相关的编号的⽅法。
⼀个表⽰对其⽅法的调⽤是否可以休眠的标志。这⼀点⾮常重要。
⼀个可选的debugfs转储⽅法(显⽰额外的状态，如pullup config)。
⼀个叫做base number的可选的编号，GPIO编号应该从它开始。如果省略，它将被⾃动分配。
在内核中，GPIO控制器被表⽰为在linux/ GPIO /driver.h中定义的结构体gpio_chip的实例:
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);
};
下⾯是结构中每个元素的含义:
request 是特定芯⽚激活的可选回调函数。如果提供了，在调⽤gpio_request()或gpiod_get()时，它会在分配GPIO之前执⾏。
free 是⼀个可选的回调函数，⽤于特定芯⽚的释放。如果提供了，那么在调⽤gpiod_put()或gpio_free()时，它会在GPIO被释放之前执⾏。
get_direction 在您需要知道⽅向的时候执⾏GPIO偏移量。返回值应为0表⽰out, 1表⽰in(与GPIOF_DIR_XXX相同)，或负错误。
direction_input 将信号偏移量offset配置为输⼊，否则返回错误。
get 返回GPIO offset 的值；对于输出信号，这将返回实际感知到的值或0。
set 指定⼀个输出值给GPIO offset。
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回调函数，它将遍历掩码位并在每个位执⾏chip->set(i)。
请看下⾯的代码，它展⽰了如何实现这个函数:
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));
  }
}
如果控制器⽀持，这个钩⼦是⼀个可选的回调函数，⽤于为指定的GPIO设置防抖时间（GPIO设置为输⼊时可以设置防抖时间）。
to_irq 是⼀个可选钩⼦，⽤于提供GPIO到IRQ的映射。当您想要执⾏gpio_to_irq()或gpiod_to_irq()函数时，就会调⽤这个函数。这个实现可能不会休眠。
base 标识该芯⽚处理的第⼀个GPIO号；或者，如果注册时为负数，内核将⾃动(动态)分配⼀个。
ngpio 是这个控制器提供的gpio数；它从 base 开始到 (base + ngpio - 1)。
names，如果设置的话，对于这个芯⽚上的GPIOs，必须是⼀个字符串数组作为⼀个替代名称来使⽤。
can_sleep 是⼀个布尔标志，如果get()/set()⽅法可以休眠，则设置它。对于位于总线上的GPIO控制器(也称为expander)，例如I2C或SPI，它的访问可能导致睡眠。这意味着，如果芯⽚⽀持IRQ，这些IRQ
需要被线程化，因为芯⽚访问可能会休眠，例如，读取IRQ状态寄存器。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_threads 是⼀个布尔值标志，如果设置了can_sleep，则必须设置irq_not_threads，但是IRQs不需要被线程化。
每个芯⽚导出了⼀些信号，在⽅法调⽤中通过0 (ngpio - 1)范围内的偏移值来识别。当这些信号通过诸如gpio_get_value(gpio)之类的调⽤被引⽤时，偏移量通过gpio数减去基数（base）来计算。
在定义了每个回调函数并设置了其他字段之后，您应该在配置的结构gpio_chip结构上调⽤gpiochip_add()，以便将控制器注册到内核。当需要注销时，请使⽤gpiochip_remove()。你可以发现，编写⾃⼰的GPIO控制器驱动程序是多么容易。
要编写GPIO controller驱动程序，你需要包含有以下的头⽂件：
#include <linux/gpio.h>ios 字符串转数组
下⾯是控制器驱动程序的部分摘录:
#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-&pio = GPIO_NUM; /* 16 */
  mcp->chip.can_sleep = 1; /* may not be accessed from atomic context */
  mcp-& = 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);
}
要从控制器驱动程序中请求⼀个⾃有的GPIO，你不应该使⽤gpio_request()。GPIO驱动程序可以使⽤以下函数来请求和释放描述符，⽽不必永远被固定在内核上:
struct gpio_desc *gpiochip_request_own_desc(struct gpio_desc *desc, const char *label)
void gpiochip_free_own_desc(struct gpio_desc *desc)
使⽤gpiochip_request_own_desc()请求的描述符必须使⽤gpiochip_free_own_desc()释放。
Pin controller指南
取决于你写驱动程序的控制器，你可能需要实现⼀个引脚控制操作来处理引脚复⽤，配置，等等:
对于只能做简单GPIO的引脚控制器，⼀个简单的结构gpio_chip就⾜够处理它了。没有必要建⽴⼀个struct pinctrl_desc结构，只需写个GPIO控制器驱动程序。
如果控制器可以在GPIO功能之上产⽣中断，必须建⽴⼀个irq_chip结构并注册到IRQ⼦系统。
对于⼀个具有引脚复⽤、⾼级引脚驱动强度和复杂偏置的控制器，您应该设置以下三个接⼝:
struct gpio_chip
struct irq_chip
struct pinctrl_desc，内核⽂档中有很好的解释
GPIO控制器的Sysfs接⼝
gpiochip_add()成功后，将创建⼀个路径为/sys/class/gpio/gpiochipX/的⽬录条⽬，其中X是gpio控制器base(提供以#X开始的gpio的控制器)，具有以下属性:
base，其值与X相同，对应于gpio_chip.base(如果静态分配)并且是这个芯⽚管理的第⼀个GPIO。
label，它是为诊断提供的(并不总是唯⼀的)。
ngpio，它告诉了这个控制器提供了多少gpio (N 到 N + ngpio - 1).这与 pios 中定义的相同。
以上所有属性都是只读的。
GPIO控制器和DT
在DT中声明的每个GPIO控制器都必须具有 gpio-controller 的布尔属性集。⼀些控制器提供映射到GPIO的IRQs。在这种情况下，也应该设置interrupt-cells属性；通常使⽤2，但这取决于需要。第⼀个 cell 是引脚号码，第⼆个 cell 代表中断标志。
应该设置gpio-cells，以确定使⽤多少个cell来描述GPIO指⽰符。通常使⽤<2>，第⼀个cell ⽤来标识GPIO号，第⼆个cell ⽤来标识标志。实际上，⼤多数⾮内存映射的GPIO控制器不使⽤标记:
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>;  /* i2c slave address */
  #interrupt-cells=<2>;
};
上⾯的⽰例是我们的⼀个 gpio-controller设备（mcp23016）的设备树节点。
本⽂是编写GPIO控制器驱动程序的基础，它解释了这种设备主要⽤到的结构。

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