簡介
1、什麼是linux內核模塊
在linux中，驅動程序是以內核模塊的形式存在的，驅動程序是放在module中的。每個驅動程序都是一個個獨立的module，一般情況下，各個module是無關的。在設計linux驅動的時候，首先需要設計一個module。
2、加載的方式
（1）module編譯好以後生成一個*.ko
module可以安裝，可以卸載
#insmod led_drv.ko
#rmmod led_drv.ko
#lsmod ----->顯示所有的使用#insmod安裝的module
(2)驅動編譯進內核
在源碼級上，kernel/driver目錄下添加自己的驅動，並在相應目錄添加config、Makefile
3、 設計linux的驅動程序，需要閱讀linux源碼
sourceinsight 軟件閱讀linux內核源碼：
介紹GPIO
GPIO, 全稱 General-Purpose Input/Output（通用輸入輸出），是一種軟件運行期間能夠動態配置和控制的通用引腳。 RK3399 有 5 組 GPIO bank：GPIO0~GPIO4，每組又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作爲編號區分（不是所有 bank 都有全部編號，例如 GPIO4 就只有 C0~C7, D0~D2)。所有的 GPIO 在上電後的初始狀態都是輸入模式，可以通過軟件設爲上拉或下拉，也可以設置爲中斷腳，驅動強度都是可編程的。 每個 GPIO 口除了通用輸入輸出功能外，還可能有其它複用功能。
如
看GPIO1_A5,可以複用成3個功能，分別是GPIO1_A5、LCDC_D1、I2S。
以下舉個簡單的例子
都是描述將驅動編譯進內核的方式，如何將一個開發板上的GPIO口使用起來，編寫驅動，應用層去控制這個IO口。
DTS配置
例子一：
描述設備樹
test-leds {
compatible = "test-leds";
poll-interval = <100>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&led_gpio>;
gpio = <&gpio0 RK_PC0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
//以下這裏是弄了個軟件鍵盤按鍵的作用，此篇大家只需關注GPIO部分即可
led-key {
linux,code = <KEY_MEDIA>;
label = "media";
};
};
因爲上述使用了pinctl部分，所以再次需要聲明led_gpio口的pintcl：
myled {
led_gpio: led-gpio{
rockchip,pins = <0 RK_PC0 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_up>;
//RK_PC0 RK_FUNC_GPIO 此句話意思爲定義該IO爲GPIO模式。後期小夥伴需要將IO口複用成其他功能的再次聲明即可
};
};
例子二：
設備樹描述：
gpio_demo: gpio_demo {
status = "okay";
compatible = "firefly,rk3399-gpio";
firefly-gpio = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>; /* GPIO0_B4 */
firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */
};
在驅動文件中關聯DTS的配置
用戶驅動可參考 RK gpio驅動 :首先在驅動文件中定義 of_device_id 結構體數組：
static struct of_device_id firefly_match_table[] = {
{ .compatible = "firefly,rk3399-gpio",},
{},
};
然後將該結構體數組填充到要使用 gpio 的 platform_driver 中：
static struct platform_driver firefly_gpio_driver = {
.driver = {
.name = "firefly-gpio",
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = firefly_match_table,
},
.probe = firefly_gpio_probe,
};
接着在 probe函數 中對 DTS 所添加的資源進行解析：
簡單邏輯是：獲取道設備樹描述的節點，獲取gpio樹，在獲取節點中相應的屬性，分別保存起來。
例句相關部分驅動：（具體可以下載看）
static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
int ret;
int gpio;
enum of_gpio_flags flag;
struct firefly_gpio_info *gpio_info;
struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node;
printk("Firefly GPIO Test Program Probe\n");
gpio_info = devm_kzalloc(&pdev->dev,sizeof(struct firefly_gpio_info *), GFP_KERNEL);
if (!gpio_info) {
dev_err(&pdev->dev, "devm_kzalloc failed!\n");
return -ENOMEM;
}
gpio = of_get_named_gpio_flags(firefly_gpio_node, "firefly-gpio", 0, &flag);
if (!gpio_is_valid(gpio)) {
dev_err(&pdev->dev, "firefly-gpio: %d is invalid\n", gpio);
return -ENODEV;
}
if (gpio_request(gpio, "firefly-gpio")) {
dev_err(&pdev->dev, "firefly-gpio: %d request failed!\n", gpio);
gpio_free(gpio);
return -ENODEV;
}
gpio_info->firefly_gpio = gpio;
gpio_info->gpio_enable_value = (flag == OF_GPIO_ACTIVE_LOW) ? 0:1;
gpio_direction_output(gpio_info->firefly_gpio, gpio_info->gpio_enable_value);
printk("Firefly gpio putout\n");
gpio = of_get_named_gpio_flags(firefly_gpio_node, "firefly-irq-gpio", 0, &flag);
printk("firefly:the gpio:%d\n",gpio);
if (!gpio_is_valid(gpio)) {
dev_err(&pdev->dev, "firefly-irq-gpio: %d is invalid\n", gpio);
return -ENODEV;
}
gpio_info->firefly_irq_gpio = gpio;
gpio_info->firefly_irq_mode = flag;
gpio_info->firefly_irq = gpio_to_irq(gpio_info->firefly_irq_gpio);
if (gpio_info->firefly_irq) {
if (gpio_request(gpio, "firefly-irq-gpio")) {
dev_err(&pdev->dev, "firefly-irq-gpio: %d request failed!\n", gpio);
gpio_free(gpio);
return IRQ_NONE;
}
ret = request_irq(gpio_info->firefly_irq, firefly_gpio_irq,
flag, "firefly-gpio", gpio_info);
if (ret != 0) {
free_irq(gpio_info->firefly_irq, gpio_info);
dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ: %d\n", ret);
}
}
return 0;
}
驅動說明
of_get_named_gpio_flags 從設備樹中讀取 firefly-gpio 和 firefly-irq-gpio 的 GPIO 配置編號和標誌，gpio_is_valid 判斷該 GPIO 編號是否有效，gpio_request 則申請佔用該 GPIO。如果初始化過程出錯，需要調用 gpio_free 來釋放之前申請過且成功的 GPIO 。在驅動中調用 gpio_direction_output 就可以設置輸出高還是低電平，這裏默認輸出從 DTS 獲取得到的有效電平 GPIO_ACTIVE_HIGH，即爲高電平，如果驅動正常工作，可以用萬用表測得對應的引腳應該爲高電平。實際中如果要讀出 GPIO，需要先設置成輸入模式，然後再讀取值：
int val;
gpio_direction_input(your_gpio);
val = gpio_get_value(your_gpio);
下面是常用的頭文件和 GPIO API 定義：
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>
enum of_gpio_flags {
OF_GPIO_ACTIVE_LOW = 0x1,
};
int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np, const char *propname,
int index, enum of_gpio_flags *flags);
int gpio_is_valid(int gpio);
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);
void gpio_free(unsigned gpio);
int gpio_direction_input(int gpio);
int gpio_direction_output(int gpio, int v);
中斷
在 Firefly 的例子程序中還包含了一箇中斷引腳，GPIO 口的中斷使用與 GPIO 的輸入輸出類似，首先在 DTS 文件中增加驅動的資源描述：
gpio {
compatible = "firefly-gpio";
firefly-irq-gpio = <&gpio4 29 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>; /* GPIO4_D5 */
};
IRQ_TYPE_EDGE_RISING 表示中斷由上升沿觸發，當該引腳接收到上升沿信號時可以觸發中斷函數。 這裏還可以配置成如下：
IRQ_TYPE_NONE //默認值，無定義中斷觸發類型
IRQ_TYPE_EDGE_RISING //上升沿觸發
IRQ_TYPE_EDGE_FALLING //下降沿觸發
IRQ_TYPE_EDGE_BOTH //上升沿和下降沿都觸發
IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH //高電平觸發
IRQ_TYPE_LEVEL_LOW //低電平觸發
然後在 probe 函數中對 DTS 所添加的資源進行解析，再做中斷的註冊申請，代碼如下：
static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
int ret;
int gpio;
enum of_gpio_flags flag;
struct firefly_gpio_info *gpio_info;
struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node;
...
gpio_info->firefly_irq_gpio = gpio;
gpio_info->firefly_irq_mode = flag;
gpio_info->firefly_irq = gpio_to_irq(gpio_info->firefly_irq_gpio);
if (gpio_info->firefly_irq) {
if (gpio_request(gpio, "firefly-irq-gpio")) {
printk("gpio %d request failed!\n", gpio); gpio_free(gpio); return IRQ_NONE;
}
ret = request_irq(gpio_info->firefly_irq, firefly_gpio_irq, flag, "firefly-gpio", gpio_info);
if (ret != 0) free_irq(gpio_info->firefly_irq, gpio_info);
dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ: %d\n", ret);
}
return 0;
}
static irqreturn_t firefly_gpio_irq(int irq, void *dev_id) //中斷函數
{
printk("Enter firefly gpio irq test program!\n");
return IRQ_HANDLED;
}
調用 gpio_to_irq 把 GPIO 的 PIN 值轉換爲相應的 IRQ 值，調用 gpio_request 申請佔用該 IO 口，調用 request_irq 申請中斷，如果失敗要調用 free_irq 釋放，該函數中 gpio_info-firefly_irq 是要申請的硬件中斷號，firefly_gpio_irq 是中斷函數，gpio_info->firefly_irq_mode 是中斷處理的屬性，firefly-gpio 是設備驅動程序名稱，gpio_info 是該設備的 device 結構，在註冊共享中斷時會用到。
複用
如何定義 GPIO 有哪些功能可以複用，在運行時又如何切換功能呢？以 I2C4 爲例作簡單的介紹。
查規格表可知，I2C4_SDA 與 I2C4_SCL 的功能定義如下：
Pad# func0 func1
I2C4_SDA/GPIO1_B3 gpio1b3 i2c4_sda
I2C4_SCL/GPIO1_B4 gpio1b4 i2c4_scl
在 kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi 裏有：
i2c4: i2c@ff3d0000{
compatible = "rockchip,rk3399-i2c";
reg = <0x0 0xff3d0000 0x0 0x1000>;
clocks = <&pmucru SCLK_I2C4_PMU>, <&pmucru PCLK_I2C4_PMU>;
clock-names = "i2c", "pclk";
interrupts = <GIC_SPI 56 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH 0>;
pinctrl-names = "default", "gpio";
pinctrl-0 = <&i2c4_xfer>;
pinctrl-1 = <&i2c4_gpio>; //此處源碼未添加
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
status = "disabled";
};
此處，跟複用控制相關的是 pinctrl- 開頭的屬性：
pinctrl-names 定義了狀態名稱列表： default (i2c 功能) 和 gpio 兩種狀態。
pinctrl-0 定義了狀態 0 (即 default）時需要設置的 pinctrl: &i2c4_xfer
pinctrl-1 定義了狀態 1 (即 gpio)時需要設置的 pinctrl: &i2c4_gpio
這些 pinctrl 在 kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi 中這樣定義：
pinctrl: pinctrl {
compatible = "rockchip,rk3399-pinctrl";
rockchip,grf = <&grf>;
rockchip,pmu = <&pmugrf>;
#address-cells = <0x2>;
#size-cells = <0x2>;
ranges;
i2c4{
i2c4_xfer: i2c4-xfer{
rockchip,pins = <1 12 RK_FUNC_1 &pcfg_pull_none>, <1 11 RK_FUNC_1 &pcfg_pull_none>;
};
i2c4_gpio: i2c4-gpio {
rockchip,pins = <1 12 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>, <1 11 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>;
};
};
RK_FUNC_1,RK_FUNC_GPIO 的定義在 kernel/include/dt-bindings/pinctrl/rk.h 中：
#define RK_FUNC_GPIO 0
#define RK_FUNC_1 1
#define RK_FUNC_2 2
#define RK_FUNC_3 3
#define RK_FUNC_4 4
#define RK_FUNC_5 5
#define RK_FUNC_6 6
#define RK_FUNC_7 7
另外，像 “1 11”，”1 12” 這樣的值是有編碼規則的，編碼方式與上一小節 “輸入輸出” 描述的一樣，”1 11” 代表 GPIO1_B3，”1 12” 代表 GPIO1_B4。
在複用時，如果選擇了 default （即 i2c 功能),系統會應用 i2c4_xfer 這個 pinctrl，最終將 GPIO1_B3 和 GPIO1_B4 兩個針腳切換成對應的 i2c 功能；而如果選擇了 gpio ，系統會應用 i2c4_gpio 這個 pinctrl，將 GPIO1_B3 和 GPIO1_B4 兩個針腳還原爲 GPIO 功能。
我們看看 i2c 的驅動程序 kernel/drivers/i2c/busses/i2c-rockchip.c 是如何切換複用功能的：
static int rockchip_i2c_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct rockchip_i2c *i2c = NULL; struct resource *res;
struct device_node *np = pdev->dev.of_node; int ret;//
...
i2c->sda_gpio = of_get_gpio(np, 0);
if (!gpio_is_valid(i2c->sda_gpio)) {
dev_err(&pdev->dev, "sda gpio is invalid\n");
return -EINVAL;
}
ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->sda_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev));
if (ret) {
dev_err(&pdev->dev, "failed to request sda gpio\n");
return ret;
}
i2c->scl_gpio = of_get_gpio(np, 1);
if (!gpio_is_valid(i2c->scl_gpio)) {
dev_err(&pdev->dev, "scl gpio is invalid\n");
return -EINVAL;
}
ret = devm_gpio_request(&pdev->dev, i2c->scl_gpio, dev_name(&i2c->adap.dev));
if (ret) {
dev_err(&pdev->dev, "failed to request scl gpio\n");
return ret;
}
i2c->gpio_state = pinctrl_lookup_state(i2c->dev->pins->p, "gpio");
if (IS_ERR(i2c->gpio_state)) {
dev_err(&pdev->dev, "no gpio pinctrl state\n");
return PTR_ERR(i2c->gpio_state);
}
pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->gpio_state);
gpio_direction_input(i2c->sda_gpio);
gpio_direction_input(i2c->scl_gpio);
pinctrl_select_state(i2c->dev->pins->p, i2c->dev->pins->default_state);
...
}
首先是調用 of_get_gpio 取出設備樹中 i2c4 結點的 gpios 屬於所定義的兩個 gpio:
gpios = <&gpio1 GPIO_B3 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio1 GPIO_B4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
然後是調用 devm_gpio_request 來申請 gpio，接着是調用 pinctrl_lookup_state 來查找 gpio 狀態，而默認狀態 default 已經由框架保存到 i2c->dev-pins->default_state 中了。
最後調用 pinctrl_select_state 來選擇是 default 還是 gpio 功能。
下面是常用的複用 API 定義：
#include <linux/pinctrl/consumer.h>
struct device {
//...
#ifdef CONFIG_PINCTRL
struct dev_pin_info *pins;
#endif
//...
};
struct dev_pin_info {
struct pinctrl *p;
struct pinctrl_state *default_state;
#ifdef CONFIG_PM
struct pinctrl_state *sleep_state;
struct pinctrl_state *idle_state;
#endif
};
struct pinctrl_state * pinctrl_lookup_state(struct pinctrl *p, const char *name);
int pinctrl_select_state(struct pinctrl *p, struct pinctrl_state *s);
FAQs
Q1: 如何將 PIN 的 MUX 值切換爲一般的 GPIO？
A1: 當使用 GPIO request 時候，會將該 PIN 的 MUX 值強制切換爲 GPIO，所以使用該 PIN 腳爲 GPIO 功能的時候確保該 PIN 腳沒有被其他模塊所使用。
Q2: 爲什麼我用 IO 指令讀出來的值都是 0x00000000？
A2: 如果用 IO 命令讀某個 GPIO 的寄存器，讀出來的值異常,如 0x00000000 或 0xffffffff 等，請確認該 GPIO 的 CLK 是不是被關了，GPIO 的 CLK 是由 CRU 控制，可以通過讀取 datasheet 下面 CRU_CLKGATE_CON* 寄存器來查到 CLK 是否開啓，如果沒有開啓可以用 io 命令設置對應的寄存器，從而打開對應的 CLK，打開 CLK 之後應該就可以讀到正確的寄存器值了。
Q3: 測量到 PIN 腳的電壓不對應該怎麼查？
A3: 測量該 PIN 腳的電壓不對時，如果排除了外部因素，可以確認下該 PIN 所在的 IO 電壓源是否正確，以及 IO-Domain 配置是否正確。
Q4: gpio_set_value() 與 gpio_direction_output() 有什麼區別？
A4: 如果使用該 GPIO 時，不會動態的切換輸入輸出，建議在開始時就設置好 GPIO 輸出方向，後面拉高拉低時使用 gpio_set_value() 接口，而不建議使用 gpio_direction_output(), 因爲 gpio_direction_output 接口裏面有 mutex 鎖，對中斷上下文調用會有錯誤異常，且相比 gpio_set_value，gpio_direction_output 所做事情更多，浪費。