Linux内核中pinctrl子系统和GPIO子系统中到底是什么关系?

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pinctrl子系统和GPIO子系统是Linux内核中两个密切相关但又职责不同的子系统，它们共同协作管理SoC的引脚，pinctrl子系统负责引脚的复用和配置，而GPIO子系统则提供了对配置为GPIO功能的引脚进行访问和控制的接口。

1、两个子系统

pinctrl子系统

主要功能：引脚复用（pin multiplexing）和引脚配置（pin configuration）。

引脚复用：一个物理引脚可能有多个功能，例如可以是GPIO、串口TX、I2C SCL等。pinctrl子系统负责选择引脚的功能（即选择复用模式）。

引脚配置：例如设置引脚的上下拉电阻、驱动强度、 slew rate等电气特性。

引脚状态管理：睡眠、默认、激活等不同状态下的配置

在设备树中，pinctrl的配置通常被组织在pinctrl节点中，然后在具体设备节点中通过pinctrl-names和pinctrl-0等属性来引用。

GPIO子系统

主要功能：当引脚被配置为GPIO功能时，GPIO子系统提供了一套统一的接口来访问这些GPIO引脚，例如设置方向（输入/输出）、读写值、设置中断等，提供gpio_request()、gpio_direction_output()等接口。

GPIO子系统会为每个GPIO控制器创建一个GPIO chip，这个chip提供了一系列操作GPIO的函数（如设置方向、读写等）。然后，这些GPIO可以通过一个全局的编号（即gpio number）来访问，维护全局GPIO编号空间，或者通过设备树中的gpio属性来指定。

2、使用示例

设备树中的定义

// 1. pinctrl配置引脚为GPIO功能&pinctrl {    my_gpio_pins: my-gpio-pins {        pins = "GPIO0", "GPIO1";        function = "gpio";        bias-pull-up;        drive-strength = <8>;    };};// 2. 设备节点使用该配置my_device {    compatible = "my-device";    pinctrl-names = "default";    pinctrl-0 = <&my_gpio_pins>;  // 引用pinctrl配置    // 3. 通过GPIO子系统指定具体GPIO    gpios = <&gpio 0 GPIO_ACTIVE_HIGH>,  // GPIO0            <&gpio 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;  // GPIO1};

驱动代码中使用

staticintmy_driver_probe(struct platform_device *pdev){// 1. pinctrl子系统自动或手动设置引脚状态    pinctrl_pm_select_default_state(&pdev->dev);// 2. 通过GPIO子系统获取并操作GPIOstructgpio_desc *gpio0, *gpio1;    gpio0 = gpiod_get(&pdev->dev, "gpio", 0);  // 获取第一个GPIO    gpio1 = gpiod_get(&pdev->dev, "gpio", 1);  // 获取第二个GPIO// 3. 设置GPIO方向并操作    gpiod_direction_output(gpio0, 1);    gpiod_direction_input(gpio1);return0;}

3、GPIO编号映射

在Linux内核中，每个GPIO都有一个唯一的整数编号（即GPIO编号），用于在系统中标识该GPIO。这个编号是全局的，与具体的GPIO控制器无关。但是，硬件上GPIO是分布在多个GPIO控制器中的，每个控制器管理一组GPIO。因此，需要一种机制将全局的GPIO编号映射到具体的控制器和该控制器内部的偏移。

1.1 GPIO编号空间

GPIO编号是一个整数，通常由芯片厂商在BSP中定义，或者由设备树（Device Tree）动态分配。在旧的内核版本中，GPIO编号通常是静态定义的，而在设备树中，GPIO编号是通过GPIO控制器的phandle和引脚偏移来动态计算的。

1.2 GPIO控制器（GPIO chip）

每个GPIO控制器在内核中由一个struct gpio_chip表示。它提供了该控制器管理的GPIO数量、操作方法（如设置方向、读写值）等。每个控制器管理一组连续的本地GPIO引脚（通常从0开始）。

1.3 GPIO范围（GPIO range）

由于系统中有多个GPIO控制器，每个控制器管理不同的GPIO引脚，因此需要将全局GPIO编号映射到具体的控制器和控制器内的偏移。这是通过struct gpio_range来描述的。

一个GPIO范围定义了：

全局GPIO编号的起始（base）

本地引脚编号的起始（pin_base）

引脚数量（npins）

对应的GPIO控制器（gc）

一个pinctrl驱动程序可以添加多个GPIO范围到pinctrl设备中。这样，当我们需要操作一个全局GPIO编号时，内核可以通过查找GPIO范围来确定使用哪个GPIO控制器以及在该控制器中的本地偏移。

1.4 映射的建立