RK3288的gpio設定【轉】

簡介

GPIO, 全稱 General-Purpose Input/Output（通用輸入輸出），是一種軟體運作期間能夠動态配置和控制的通用引腳。

RK3288 有 9 組 GPIO bank： GPIO0，GPIO1, ..., GPIO8。每組又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作為編号區分（不是所有 bank 都有全部編号，例如 GPIO5 就隻有 B0~B7, C0~C3)。

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，例如 GPIO5_B4，可以複用成以下功能之一：

spi0_clk
ts0_data4
uart4exp_ctsn

每個 GPIO 口的驅動電流、上下拉和重置後的初始狀态都不盡相同，詳細情況請參考《RK3288 規格書》中的 "RK3288 function IO description" 一章。

RK3288 的 GPIO 驅動是在以下 pinctrl 檔案中實作的：

kernel/drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c

其核心是填充 GPIO bank 的方法和參數，并調用 gpiochip_add 注冊到核心中。

使用

開發闆有兩個電源 LED 燈是 GPIO 口控制的，分别是：

從電路圖上看，GPIO 口輸出低電平時燈亮，高電平時燈滅。

另外，擴充槽上引出了幾個空閑的 GPIO 口，分别是：

這幾個 GPIO 口可以自定義作輸入、輸出使用。

輸入輸出

下面以電源 LED 燈的驅動為例，講述如何在核心編寫代碼控制 GPIO 口的輸出。

首先需要在 dts (Device Tree) 檔案 firefly-rk3288.dts (0930版) 或 firefly-rk3288_beta.dts (0809版) 中增加驅動的資源描述：

firefly-led{compatible = "firefly,led";led-work = <&gpio8 GPIO_A2 GPIO_ACTIVE_LOW>;led-power = <&gpio8 GPIO_A1 GPIO_ACTIVE_LOW>;status = "okay";};

這裡定義了兩顆 LED 燈的 GPIO 設定：

led-work  GPIO8_A2  GPIO_ACTIVE_LOW
led-power GPIO8_A1  GPIO_ACTIVE_LOW

GPIO_ACTIVE_LOW 表示低電平有效（燈亮），如果是高電平有效，需要替換為 GPIO_ACTIVE_HIGH 。

之後在驅動程式中加入對 GPIO 口的申請和控制則可：

#ifdef CONFIG_OF
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#endif
 
static int firefly_led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    int ret = -1;
    int gpio, flag;
    struct device_node *led_node = pdev->dev.of_node;
 
    gpio = of_get_named_gpio_flags(led_node, "led-power", 0, &flag);
    if (!gpio_is_valid(gpio)){
        printk("invalid led-power: %d\n",gpio);
        return -1;
    } 
    if (gpio_request(gpio, "led_power")) {
        printk("gpio %d request failed!\n",gpio);
        return ret;
    }
    led_info.power_gpio = gpio;
    led_info.power_enable_value = (flag == OF_GPIO_ACTIVE_LOW) ? 0 : 1;
    gpio_direction_output(led_info.power_gpio, !(led_info.power_enable_value));
...
on_error:
    gpio_free(gpio);
}

of_get_named_gpio_flags 從裝置樹中讀取 led-power 的 GPIO 配置編号和标志，gpio_is_valid 判斷該 GPIO 編号是否有效，gpio_request 則申請占用該 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 。

調用 gpio_direction_output 就可以設定輸出高還是低電平，因為是 GPIO_ACTIVE_LOW ，如果要燈亮，需要寫入 0 。

實際中如果要讀出 GPIO，需要先設定成輸入模式，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 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)

複用

如何定義 GPIO 有哪些功能可以複用，在運作時又如何切換功能呢？以 I2C4 為例作簡單的介紹。

查規格表可知，I2C4_SDA 與 GPIO7C1 的功能定義如下：

Pad#	func0	func1
I2C4_SDA/GPIO7_C1	gpio7c1	i2c4tp_sda
I2C4_SCL/GPIO7_C2	gpio7c2	i2c4tp_scl

在 /kernel/arch/arm/boot/dts/rk3288.dtsi 裡有：

i2c4: i2c@ff160000 {
    compatible = "rockchip,rk30-i2c";
    reg = <0xff160000 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 64 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    pinctrl-names = "default", "gpio";
    pinctrl-0 = <&i2c4_sda &i2c4_scl>;
    pinctrl-1 = <&i2c4_gpio>;
    gpios = <&gpio7 GPIO_C1 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio7 GPIO_C2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    clocks = <&clk_gates6 15>;
    rockchip,check-idle = <1>;
    status = "disabled";
  };

此處，跟複用控制相關的是 pinctrl- 開頭的屬性：

pinctrl-names 定義了狀态名稱清單： default (i2c 功能) 和 gpio 兩種狀态。
pinctrl-0 定義了狀态 0 (即 default）時需要設定的 pinctrl: i2c4_sda 和 i2c4_scl
pinctrl-1 定義了狀态 1 (即 gpio)時需要設定的 pinctrl: i2c4_gpio

這些 pinctrl 在 /kernel/arch/arm/boot/dts/rk3288-pinctrl.dtsi 中定義：

/ { 
  pinctrl: pinctrl@ff770000 {
    compatible = "rockchip,rk3288-pinctrl";
        ...
    gpio7_i2c4 {
      i2c4_sda:i2c4-sda {
        rockchip,pins = <I2C4TP_SDA>;
        rockchip,pull = <VALUE_PULL_DISABLE>;
        rockchip,drive = <VALUE_DRV_DEFAULT>;
        //rockchip,tristate = <VALUE_TRI_DEFAULT>;
      };
 
      i2c4_scl:i2c4-scl {
        rockchip,pins = <I2C4TP_SCL>;
        rockchip,pull = <VALUE_PULL_DISABLE>;
        rockchip,drive = <VALUE_DRV_DEFAULT>;
        //rockchip,tristate = <VALUE_TRI_DEFAULT>;
      };
 
      i2c4_gpio: i2c4-gpio {
        rockchip,pins = <FUNC_TO_GPIO(I2C4TP_SDA)>, <FUNC_TO_GPIO(I2C4TP_SCL)>;
        rockchip,drive = <VALUE_DRV_DEFAULT>;
      };
    };
        ...
    }
  }

I2C4TP_SDA, I2C4TP_SCL 的定義在 /kernel/arch/arm/boot/dts/include/dt-bindings/pinctrl/rockchip-rk3288.h 中：

#define GPIO7_C1 0x7c10
#define I2C4TP_SDA 0x7c11
 
#define GPIO7_C2 0x7c20
#define I2C4TP_SCL 0x7c21

FUN_TO_GPIO 的定義在 /kernel/arch/arm/boot/dts/include/dt-bindings/pinctrl/rockchip.h 中：

#define FUNC_TO_GPIO(m)   ((m) & 0xfff0)

也就是說 FUNC_TO_GPIO(I2C4TP_SDA) == GPIO7_C1, FUNC_TO_GPIO(I2C4TP_SCL) == GPIO7_C2 。

像 0x7c11 這樣的值是有編碼規則的：

7 c1 1
| |  `- func
| `---- offset
`------ bank
0x7c11 就表示 GPIO7_C1 func1, 即 i2c4tp_sda 。

在複用時，如果選擇了 "default" （即 i2c 功能),系統會應用 i2c4_sda 和 i2c4_scl 這兩個 pinctrl，最終得将 GPIO7_C1 和 GPIO7_C2 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，将 GPIO7_C1 和 GPIO7_C2 兩個針腳還原為 GPIO 功能。

我們看看 i2c 的驅動程式 /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 取出裝置樹中 i2c4 結點的 gpios 屬于所定義的兩個 gpio:

gpios = <&gpio7 GPIO_C1 GPIO_ACTIVE_LOW>, <&gpio7 GPIO_C2 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” 狀态，而預設狀态 "default" 已經由架構儲存到 i2c->dev-pins->default_state 中了。

最後調用 pinctrl_select_state 來選擇是 "default" 還是 "gpio" 功能。

#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);

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