Освоение подсистемы управления пинами для драйверов устройств Linux

Примечание редактора: Embedded Linux становится основой Интернета вещей, а драйверы устройств — мостом между приложениями и железом. В «Linux Device Drivers Development» автор Джон Мадье предлагает детальное, код-riche руководство по построению этих драйверов.

Этот отрывок — Глава 14 книги — погружается в управление пинами и GPIO, критическую область для разработчиков, которым нужно интерфейсить кастомное железо с ядром. Первая часть вводит подсистему управления пинами.

Адаптировано из Linux Device Drivers Development, Джоном Мадье.

---

Глава 14. Подсистема управления пинами и GPIO
Джон Мадье

В встроенном Linux драйверы почти всегда взаимодействуют с GPIO или конфигурируют мультиплексирование пинов. «Пин» — это физическая выходная линия компонента, и многие SoC переиспользуют один пин для нескольких функций. Например, пин i.MX6QDL MX6QDL_PAD_SD3_DAT1 может служить линией данных SD, линией UART RTS/CTS, линией FlexCAN Rx или общим GPIO.

Процесс выбора функции пина называется pin muxing, и компонент ядра, оркеструющий это, — pin controller. Во второй части этой главы мы исследуем подсистему General Purpose Input/Output (GPIO), общую функцию пина.

В этой главе вы:

• Пройдете через подсистему управления пинами и научитесь декларировать pin-control узлы в Device Tree.
• Сравните устаревший integer-based GPIO API с новым descriptor-based интерфейсом.
• Обработаете GPIO, которые также используются как прерывания.
• Исследуете sysfs интерфейсы, посвященные управлению GPIO.

Подсистема управления пинами

pinctrl подсистема управляет мультиплексированием и конфигурацией пинов. Устройства, требующие специфическую раскладку пинов, должны описывать это расположение в Device Tree. Драйвер pin-контроллера парсит эти описания и программирует I/O контроллер SoC соответственно.

Подсистема предлагает:

• Мультиплексирование пинов — переиспользование одного пина для множественных ролей (UART TX, GPIO, HSI, и т.д.) на основе per-group или per-pin.
• Конфигурация пинов — установка электрических свойств таких как pull-up/pull-down, сила драйвера, дебаунс и больше.

Заметьте, что эта книга фокусируется на использовании pin-controller API; она не покрывает написание pin-controller драйвера самим.

Pinctrl и Device Tree

В Device Tree узел pin-контроллера описывает все доступные группы пинов и функции. Каждой группе присваивается целочисленный ID, опционально сопровождаемый pinctrl-name, который мапит человекочитаемые имена к IDs.

Байдинг устройства специфицирует состояния пинов, которые оно требует. Два свойства связывают устройство с состояниями пинов:

• pinctrl- — список phandles, указывающих на узлы конфигурации пинов. Множественные записи позволяют устройству быть сконфигурированным несколькими pin контроллерами или комбинировать множественные узлы для одного контроллера.
• pinctrl-name — параллельный список, присваивающий имена каждому state ID. State 0 обычно называется default и следует стандартному списку, определенному в include/linux/pinctrl/pinctrl-state.h.

Ниже типичный отрывок Device Tree, показывающий конфигурацию пинов для двух устройств:

Каждая строка следует формату <PIN_FUNCTION> <PIN_SETTING>:

MX6QDL_PAD_DISP0_DAT15__GPIO5_IO09 0x80000000 MX6QDL_PAD_EIM_D25__UART3_RX_DATA 0x1b0b1 

Первый токен (MX6QDL_PAD_DISP0_DAT15__GPIO5_IO09) идентифицирует функцию пина; второй токен (0x80000000) кодирует биты конфигурации (pull-up/down, сила драйвера, и т.д.). Эти макросы определены в архитектурно-специфичных заголовочных файлах вроде arch/arm/boot/dts/imx6q-pinfunc.h.

Для программирования состояния пина в коде драйвера, следуйте этим шагам во время инициализации (обычно в probe()):

struct pinctrl *pinctrl; pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&pdev->dev); if (IS_ERR(pinctrl)) dev_warn(&pdev->dev, "pins are not configured from the driver"); 

Хелпер pinctrl_get_select_default() автоматически извлекает и применяет состояние default. Если устройство предоставляет состояние init, ядро применит это состояние перед probe(), а затем вернется к default после, если драйвер не изменит его.

Когда закончите, освободите контроллер с pinctrl_put(pinctrl) или используйте resource-managed вариант devm_pinctrl_put(pinctrl).

Вот конкретный пример из файла am335x-evm.dts:

dcan1: d_can@481d0000 { status = "okay"; pinctrl-names = "default"; pinctrl-0 = <&d_can1_pins>; };

В соответствующем драйвере:

pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&pdev->dev); if (IS_ERR(pinctrl)) dev_warn(&pdev->dev, "pins are not configured from the driver");

К моменту запуска probe() драйвера, конфигурация пинов default уже на месте.

Следующая часть покроет GPIO подсистему в деталях.

Воспроизведено с разрешения Packt Publishing. Copyright © 2017 Packt Publishing

---

Джон Мадье — инженер встроенного Linux и ядра, базирующийся в Париже. Он разрабатывает драйверы и BSP для клиентов в автоматизации, транспорте, здравоохранении, энергетике и обороне. Джон работает в EXPEMB, пионере в дизайне computer-on-module, и активный open-source адвокат, верящий, что обмен знаниями ускоряет инновации.