详解GPIO子系统
好长时间没去写博客了，今天呢，我们来讲讲GPIO子系统，我们在讲解一个新东西之前，得先去了解一下他是干啥的吧，所以下面我们来看看关于GPIO子系统的重要的概念：
引入：
要操作GPIO引脚，先把所用引脚配置为GPIO功能，这通过Pinctrl子系统来实现。
然后就可以根据设置引脚方向(输入还是输出)、读值──获得电平状态，写值──输出高低电平。
以前我们通过寄存器来操作GPIO引脚，即使LED驱动程序，对于不同的板子它的代码也完全不同。
当BSP工程师实现了GPIO子系统后，我们就可以：
a. 在设备树里指定GPIO引脚
b. 在驱动代码中：
使用GPIO子系统的标准函数获得GPIO、设置GPIO方向、读取/设置GPIO值。
这样的驱动代码，将是单板无关的。
在设备树中指定引脚：
在几乎所有ARM芯片中，GPIO都分为几组，每组中有若干个引脚。所以在使用GPIO子系统之前，就要先确定：它是哪组的？组里的哪一个？
在设备树中，“GPIO组”就是一个GPIO Controller，这通常都由芯片厂家设置好。我们要做的是找到它名字，比如“gpio1”，然后指定要用它里面的哪个引脚，比如<&gpio1 0>。
有代码更直观，下图是一些芯片的GPIO控制器节点，它们一般都是厂家定义好，在xxx.dtsi文件中：
我们暂时只需要关心里面的这2个属性：
“gpio-controller”表示这个节点是一个GPIO Controller，它下面有很多引脚。
“#gpio-cells = <2>”表示这个控制器下每一个引脚要用2个32位的数(cell)来描述。
为什么要用2个数？其实使用多个cell来描述一个引脚，这是GPIO Controller自己决定的。比如可以用其中一个cell来表示那是哪一个引脚，用另一个cell来表示它是高电平有效还是低电平有效，甚至还可以用更多的cell来示其他特性。
普遍的用法是，用第1个cell来表示哪一个引脚，用第2个cell来表示有效电平：
定义GPIO Controller是芯片厂家的事，我们怎么引用某个引脚呢？在自己的设备节点中使用属性"[<name>-]gpios"，示例如下：
上图中，可以使用gpios属性，也可以使用name-gpios属性。
在驱动代码中调用GPIO子系统：
在设备树中指定了GPIO引脚，在驱动代码中如何使用？
也就是GPIO子系统的接口函数是什么？
GPIO子系统有两套接口：基于描述符的(descriptor-based)、老的(legacy)。前者的函数都有前缀“gpiod_”，它使用gpio_desc结构体来表示一个引脚；后者的函数都有前缀“gpio_”，它使用一个整数来表示一个引脚。
要操作一个引脚，首先要get引脚，然后设置方向，读值、写值。
下表列出常用的函数：
有前缀“devm_”的含义是“设备资源管理”(Managed Device Resource)，这是一种自动释放资源的机制。它的思想是“资源是属于设备的，设备不存在时资源就可以自动释放”。
比如在Linux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devm的相关函数，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。
建议使用“devm_”版本的相关函数。
下面来看一个简单的例子：
假设备在设备树中有如下节点：
那么可以使用下面的函数获得引脚：
下面我们来看看怎么去写一个具体的驱动程序：
编写思路：
GPIO的地位跟其他模块，比如I2C、UART的地方是一样的，要使用某个引脚，需要先把引脚配置为GPIO功能，这要使用Pinctrl子系统，只需要在设备树里指定就可以。在驱动代码上不需要我们做任何事情。
GPIO本身需要确定引脚，这也需要在设备树里指定。
设备树节点会被内核转换为platform_device。
对应的，驱动代码中要注册一个platform_driver，在probe函数中：获得引脚、注册file_operations。
在file_operations中：设置方向、读值/写值。
下图就是一个设备树的例子：
在设备树中添加Pinctrl信息：
有些芯片提供了设备树生成工具，在GUI界面中选择引脚功能和配置信息，就可以自动生成Pinctrl子结点。把它复制到你的设备树文件中，再在client device结点中引用就可以。
有些芯片只提供文档，那就去阅读文档，一般在内核源码目录Documentation\devicetree\bindings\pinctrl下面，保存有该厂家的文档。
如果连文档都没有，那只能参考内核源码中的设备树文件，在内核源码目录arch/arm/boot/dts目录下。
最后一步，网络搜索。
Pinctrl子节点的样式如下：
在设备树中添加GPIO信息：
先查看电路原理图确定所用引脚，再在设备树中指定：添加”[name]-gpios”属性，指定使用的是哪一个GPIO Controller里的哪一个引脚，还有其他Flag信息，比如GPIO_ACTIVE_LOW等。具体需要多少个cell来描述一个引脚，需要查看设备树中这个GPIO Controller节点里的“#gpio-cells”属性值，也可以查看内核文档。
示例如下：
总结起来的话，就是我们需要先把这个引脚复用成gpio模式，也就是先使用软件去配置出Pinctrl，然后在我们自己写的设备树里面，我们需要去写好pinctrl的clien端，然后接着我们还需要去使用gpio子系统，其实也是类似于去写好gpio子系统的clien端：
哦哦哦，在gpio子系统应该叫device
我们知道，我们编写的clien端会生成一个platform_device结构体，所以我们需要有一个compatible属性，去跟我们写的驱动程序去进行匹配：
编程示例：
a. 定义、注册一个platform_driver
b. 在它的probe函数里：
b.1 根据platform_device的设备树信息确定GPIO：gpiod_get
b.2 定义、注册一个file_operations结构体
b.3 在file_operarions中使用GPIO子系统的函数操作GPIO：
gpiod_direction_output、gpiod_set_value
好处：这些代码对所有的板子都是完全一样的！
跟设备树生成的platform_device结构体匹配成功后，就会去调用probe函数：
这里会去调用内核提供的gpiod_get函数去获取设备树中led-gpios=<...>的信息，然后就去获取节点中名为led的gpio子节点：
返回值是一个gpio描述结构体来着，后面我们讲gpio子系统相关的数据结构的时候会讲到
最后就是把file_operations结构体注册给内核，这里面有open close write函数
那么到这里，我们驱动程序就写完了，也算是初识gpio子系统了，下一篇我们来讲解他相关的数据结构，完结，撒花(doge.)