gpio接口的用法分析

　　什么是GPIO？

　　GPIO----“通用目的輸入/輸出端口”----是一個(gè)靈活的軟件控制的數(shù)字信號(hào)。許多種類(lèi)的芯片都會(huì)提供，嵌入式linux開(kāi)發(fā)者和硬件定制者會(huì)對(duì)此比較熟悉。每個(gè)GPIO提供一位與特定的管腳（或是“球”，BGA（Ball Grid Array）封裝下）相連。單板電路圖會(huì)顯示外部硬件與GPIOs的連接關(guān)系。GPIO驅(qū)動(dòng)可寫(xiě)成通用的，便于單板setup代碼可以將這些管腳配置數(shù)據(jù)傳遞給驅(qū)動(dòng)。

　　SOC處理器非常依賴(lài)于GPIO。某些情況下，普通管腳可以被配置為GPIO。大多數(shù)芯片至少擁有幾組類(lèi)似的GPIO?？?a target="_blank">編程邏輯器件（如FPGAs）可以很容易提供GPIO。一些多功能芯片，如電源管理、聲音解碼等經(jīng)常具有一些這樣的管腳來(lái)彌補(bǔ)SOC芯片上面管腳的不足。同樣，也存在一些GPIO擴(kuò)展芯片，連接用于I2C或是SPI串行總線(xiàn)。多數(shù)PC南橋擁有幾組GPIO兼容的管腳（僅有BIOS固件知道如何使用它們）。

　　不同系統(tǒng)間的GPIO的確切作用不同。通用常有下面幾種：

　　----輸出值可寫(xiě)（高=1，低=0）。一些芯片也可以選擇驅(qū)動(dòng)這些值的方式，以便支持“線(xiàn)-或”或類(lèi)似方案（開(kāi)漏信號(hào)線(xiàn)）。

　　----輸入值可讀（1，0）。一些芯片支持輸出管腳回讀，這在線(xiàn)或的情況下非常有用（以支持雙向信號(hào)線(xiàn)）。GPIO控制器可能具有一個(gè)輸入防故障/防反跳邏輯，有時(shí)還會(huì)有軟件控制。

　　----輸入經(jīng)常被用作中斷信號(hào)，通常是邊沿觸發(fā)，但也有可能是電平觸發(fā)。這些中斷可以配置為系統(tǒng)喚醒事件，從而將系統(tǒng)從低功耗模式喚醒。

　　----一個(gè)GPIO經(jīng)常被配置為輸入/輸出雙向，根據(jù)不同的產(chǎn)品單板需求，但也存在單向的情況。

　　----大多是GPIO可以在獲取到spinlock自旋鎖時(shí)訪(fǎng)問(wèn)，但那些通過(guò)串行總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)的通常不能如此操作（休眠的原因）。一些系統(tǒng)中會(huì)同時(shí)存在這兩種形式的GPIO。

　　----在一個(gè)給定單板上，每個(gè)GPIO用于一個(gè)特定的目的，如監(jiān)控MMC/SD卡的插入/移除，檢查卡寫(xiě)保護(hù)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)LED，配置發(fā)送器，串行總線(xiàn)位拆，觸發(fā)一個(gè)硬件看門(mén)狗，觸發(fā)一個(gè)開(kāi)關(guān)之類(lèi)的。

　　GPIO約定

　　注意，它被稱(chēng)為一個(gè)約定，因?yàn)槟悴皇潜仨氁袷厮?。如果你不使用此種方式操作，也不會(huì)遭到任何懲罰。存在一些可移植性不是關(guān)鍵的應(yīng)用場(chǎng)景：GPIO經(jīng)常用作板級(jí)膠合邏輯，這些邏輯甚至在單板的不同版本之間都會(huì)改變，且不能用在那些連接不同的單板上。只有極少通用的標(biāo)準(zhǔn)功能可以是可移植的。其余的特性是平臺(tái)特有的，且對(duì)于膠合邏輯是關(guān)鍵（且危險(xiǎn)）的。

　　另外，這不需要任何實(shí)現(xiàn)框架，只是一個(gè)接口。一個(gè)平臺(tái)可以將它實(shí)現(xiàn)為一個(gè)簡(jiǎn)單的inline函數(shù)來(lái)存取芯片寄存器，另一個(gè)可能通過(guò)一個(gè)多個(gè)不同GPIO控制器的抽象委托實(shí)現(xiàn)。

　?。ㄓ幸恍┛蛇x的代碼支持這種實(shí)施策略，這在本文后面會(huì)講到，但擔(dān)任客戶(hù)的GPIO接口驅(qū)動(dòng)不要關(guān)心他是如何實(shí)現(xiàn)的。）

　　也就是說(shuō)，如果平臺(tái)支持約定，驅(qū)動(dòng)應(yīng)當(dāng)盡可能使用它。平臺(tái)必須在Kconfig中聲明GENERIC_GPIO來(lái)支持，并且提供一個(gè)《asm/gpio.h》文件。那些不能離開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)GPIO調(diào)用的驅(qū)動(dòng)應(yīng)該具有一個(gè)依賴(lài)于GENERIC_GPIO的條目。要使GPIO調(diào)用有效，無(wú)論是“真實(shí)代碼”或是作為“optimized-away stubs”，驅(qū)動(dòng)需要使用包含文件：

　　#include 《linux/gpio.h》

　　如果你堅(jiān)持此約定，這樣別的開(kāi)發(fā)者理解你的代碼會(huì)比較容易且可以幫助維護(hù)它。

　　注意：在那些需要的平臺(tái)上，這些操作包括I/0操作間隔（barriers）;驅(qū)動(dòng)不需要顯式添加它們。

　　標(biāo)識(shí)GPIO

　　GPIO使用一個(gè)無(wú)符號(hào)整型數(shù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，范圍0到MAX_INT。那些保留的“negative”（負(fù)）數(shù)用于其他的目的，如標(biāo)識(shí)信號(hào)為“在此單板上無(wú)效”，或是指出錯(cuò)誤。那些不涉及到基本硬件操作的代碼將這些整型數(shù)視為不透明的。

　　平臺(tái)定義了它們?nèi)绾问褂眠@些接口，并且通常為每個(gè)GPIO線(xiàn)使用#define宏定義符號(hào)，以便單板的啟動(dòng)代碼與相關(guān)設(shè)計(jì)直接保持一致。與此相反，驅(qū)動(dòng)應(yīng)該只使用從setup代碼傳遞給他們的GPIO號(hào)碼，使用platform_data來(lái)保存單板特定的管腳配置數(shù)據(jù)（與其它所需的單板特定數(shù)據(jù)一起）。這避免了移植問(wèn)題。

　　例如：一個(gè)平臺(tái)給GPIOs使用號(hào)碼32-159，同時(shí)另一個(gè)使用0-63支持一個(gè)GPIO控制器集合，64-79支持另一個(gè)類(lèi)型的GPIO控制器，且在一個(gè)特定的單板上80-95支持一個(gè)FPGA。號(hào)碼不必是連續(xù)的，這些單板也可以使用2000-2063來(lái)標(biāo)識(shí)一組用于I2CGPIO擴(kuò)展

　　如果你想要使用一個(gè)無(wú)效的GPIO號(hào)碼初始化一個(gè)結(jié)構(gòu)體，使用一些負(fù)數(shù)（可以為“-EINVAL”），它將永遠(yuǎn)不會(huì)有效。為了測(cè)試來(lái)自這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)的這樣一個(gè)號(hào)碼是否能夠引用一個(gè)GPIO，你需要使用：

　　int gpio_is_valid（int number）;

　　一個(gè)無(wú)效的號(hào)碼將被調(diào)用（可以是申請(qǐng)或釋放GPIO）拒絕。別的號(hào)碼也可能被拒絕。例如，一個(gè)號(hào)碼可能是有效的，但在給定的單板上臨時(shí)未使用。

　　平臺(tái)是否支持多個(gè)GPIO控制器是平臺(tái)特定實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，同樣是否支持GPIO號(hào)碼空間的“空洞”，是否支持在運(yùn)行時(shí)增加新控制器也是關(guān)鍵。這些關(guān)鍵會(huì)影響多個(gè)事情，包括相鄰的GPIO號(hào)碼是否都有效。
?

　　使用GPIOs

　　要使用GPIO，系統(tǒng)首先要分配一個(gè)GPIO，使用gpio_request（） 為系統(tǒng)分配一個(gè)GPIO。

　　接下來(lái)要做的一件事是標(biāo)示GPIO的方向，通常在使用GPIO建立一個(gè)platform_device時(shí)（位于單板的setup代碼中）：

　　/* set as input or output， returning 0 or negative errno */

　　int gpio_direction_input（unsigned gpio）;

　　int gpio_direction_output（unsigned gpio， int value）;

　　返回0標(biāo)示成功，或是一個(gè)負(fù)的errno錯(cuò)誤碼。它應(yīng)該被檢查，因?yàn)間et/set調(diào)用沒(méi)有錯(cuò)誤返回，且可能會(huì)有錯(cuò)誤配置。你通常應(yīng)該在線(xiàn)程上下文中使用這些調(diào)用。雖然如此，對(duì)于spinlock-safe的GPIO，在tasking使能之前使用也是可以的，作為一個(gè)早期的單板建立。

　　對(duì)于輸出GPIO，value參數(shù)提供了初始輸出值。這有助于避免系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的信號(hào)干擾。

　　為了與GPIO早期的接口兼容，設(shè)置一個(gè)GPIO的方向，隱性要求申請(qǐng)GPIO。這個(gè)兼容性從可選的gpiolib架構(gòu)中移除了。

　　如果GPIO號(hào)碼無(wú)效或是指定的GPIO不能使用對(duì)應(yīng)模式操作的話(huà)，設(shè)置方向會(huì)失敗。依靠boot固件設(shè)置好GPIO的方向通常不是一個(gè)好主意，因?yàn)閎oot的功能可能沒(méi)有通過(guò)驗(yàn)證（除了boot linux）。（類(lèi)似的，單板setup代碼可能需要將管腳復(fù)用為一個(gè)GPIO，和配置為合適的上拉/下拉。）

　　Spinlock-Safe GPIO訪(fǎng)問(wèn)

　　-------------------------

　　大多數(shù)GPIO控制器可以使用內(nèi)存讀寫(xiě)指令訪(fǎng)問(wèn)。它們不需要休眠，且可以從內(nèi)部硬件中斷處理（非線(xiàn)程）和類(lèi)似的上下文環(huán)境安全完成。

　　使用下列調(diào)用訪(fǎng)問(wèn)這些GPIO，此時(shí)gpio_cansleep將總是返回錯(cuò)誤

　　/* GPIO INPUT： return zero or nonzero */

　　int gpio_get_value（unsigned gpio）;

　　/* GPIO OUTPUT */

　　void gpio_set_value（unsigned gpio， int value）;

　　其中，value是一個(gè)布爾型參數(shù)，零表示低，非零表示高。當(dāng)讀一個(gè)輸出管腳的值時(shí)，返回的值應(yīng)該是在管腳上看到的值。..這并不總是與指定輸出值相匹配的，因?yàn)榇嬖陂_(kāi)漏信號(hào)和輸出延遲問(wèn)題。

　　get/set調(diào)用沒(méi)有錯(cuò)誤返回，因?yàn)椤盁o(wú)效GPIO”應(yīng)該已經(jīng)由gpio_direction_*（）提早報(bào)告了。雖然如此，并非所有的平臺(tái)都可以讀取輸出管腳的值，那些不能讀的應(yīng)該總是返回零。同時(shí)，對(duì)那些可能導(dǎo)致睡眠的GPIO使用這些接口是一個(gè)錯(cuò)誤。

　　平臺(tái)的特定實(shí)現(xiàn)被鼓勵(lì)優(yōu)化這兩個(gè)調(diào)用以獲取GPIO值。在那些GPIO號(hào)碼是常量的情況下，它們通常只需一對(duì)指令（讀或?qū)懸粋€(gè)硬件寄存器）訪(fǎng)問(wèn)，且不需要spinlock。這樣的優(yōu)化可以使位拆分應(yīng)用更有效率（在時(shí)間和空間上）（相比較于花費(fèi)一堆指令在子例程調(diào)用來(lái)說(shuō)）。

　　可能睡眠的GPIO訪(fǎng)問(wèn)

　　一些GPIO控制器必須使用基于消息的總線(xiàn)如I2C和SPI來(lái)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。讀寫(xiě)這些GPIO的命令需要等待到達(dá)發(fā)送隊(duì)列的開(kāi)始和獲取它的響應(yīng)。這需要休眠，且不能從內(nèi)部中斷處理函數(shù)中完成。

　　對(duì)于這種GPIO調(diào)用gpio_cansleep接口將返回非零值（需要一個(gè)有效的GPIO號(hào)碼，并已經(jīng)提前使用gpio_request進(jìn)行分配）

　　int gpio_cansleep（unsigned gpio）;

　　為了訪(fǎng)問(wèn)這些GPIO，一個(gè)不同的訪(fǎng)問(wèn)函數(shù)集被定義

　　/* GPIO INPUT： return zero or nonzero， might sleep */

　　int gpio_get_value_cansleep（unsigned gpio）;

　　/* GPIO OUTPUT， might sleep */

　　void gpio_set_value_cansleep（unsigned gpio， int value）;

　　訪(fǎng)問(wèn)這樣的gpio需要一個(gè)可能睡眠的上下文，例如一個(gè)線(xiàn)程級(jí)別中斷處理程序，并且這些訪(fǎng)問(wèn)函數(shù)必須代替那些沒(méi)有cansleep（）后綴的spinlock-safe的函數(shù)。

　　除了這些訪(fǎng)問(wèn)函數(shù)可能休眠，且對(duì)那些不能從硬件中斷處理函數(shù)中訪(fǎng)問(wèn)的GPIO起作用外，這些調(diào)用與那些spinlock-safe的調(diào)用效果一致

　　** IN ADDITION ** calls to setup and configure such GPIOs must be made

　　from contexts which may sleep， since they may need to access the GPIO

　　controller chip too： （These setup calls are usually made from board

　　setup or driver probe/teardown code， so this is an easy constraint.）

　　附加的調(diào)用（用于建立和配置這樣的GPIO）必須出自可以休眠的上下文，因?yàn)樗鼈兛赡苄枰L(fǎng)問(wèn)GPIO控制器芯片：（這些setup調(diào)用經(jīng)常出自單板setup或是驅(qū)動(dòng)probe/teardown（拆卸）代碼，所以這是一個(gè)簡(jiǎn)單（無(wú)關(guān)緊要）的限制。）

　　gpio_direction_input（）

　　gpio_direction_output（）

　　gpio_request（）

　　## gpio_request_one（）

　　##gpio_request_array（）

　　## gpio_free_array（）

　　gpio_free（）

　　gpio_set_debounce（）

　　主張和釋放GPIO

　　為了捕獲系統(tǒng)配置錯(cuò)誤，定義了兩個(gè)調(diào)用

　　/* request GPIO， returning 0 or negative errno.

　　* non-null labels may be useful for diagnostics.

　　*/

　　int gpio_request（unsigned gpio， const char *label）;

　　/* release previously-claimed GPIO */

　　void gpio_free（unsigned gpio）;

　　錯(cuò)誤的GPIO號(hào)會(huì)導(dǎo)致gpio_request（）失敗，同樣申請(qǐng)一個(gè)已經(jīng)被主張的也會(huì)出錯(cuò)。gpio_request（）的返回值必須被檢查。通常應(yīng)該在一個(gè)任務(wù)上下文中調(diào)用此函數(shù)，雖然如此，對(duì)于spinlock-safe GPIO來(lái)講，在使能tasking之前申請(qǐng)GPIO是可以的（作為早期單板setup的一部分）。

　　這些調(diào)用服務(wù)于兩個(gè)基本目的。一個(gè)是為了診斷目的標(biāo)識(shí)實(shí)際使用GPIO的信號(hào)，系統(tǒng)可能有幾百個(gè)GPIO，但在一個(gè)給定的單板上常常只有幾組處于使用狀態(tài)。另一個(gè)是為了捕獲沖突、標(biāo)示錯(cuò)誤。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤地認(rèn)為它們獨(dú)占此信號(hào)或是一些東西錯(cuò)誤的認(rèn)為移除驅(qū)動(dòng)是安全的，這時(shí)需要管理一個(gè)信號(hào)用于管理活動(dòng)狀態(tài)。既是說(shuō)，申請(qǐng)一個(gè)GPIO的過(guò)程可以為這種鎖服務(wù)。

　　一些平臺(tái)也使用GPIO用于功耗管理，如關(guān)掉不使用的芯片部分和更簡(jiǎn)單的門(mén)控不使用的時(shí)鐘。

　　對(duì)于那些使用pinctrl子系統(tǒng)的管腳的GPIO，子系統(tǒng)應(yīng)該被通知它們的用途。一個(gè)gpiolib驅(qū)動(dòng)的.request（）操作可能調(diào)用pinctrl_request_gpio（），且一個(gè)gpiolib驅(qū)動(dòng)的.free（）操作可能調(diào)用pinctrl_free_gpio（）。pinctrl子系統(tǒng)允許一個(gè)pinctrl_request_gpio（）在一個(gè)管腳或是管腳組被一個(gè)設(shè)備擁有時(shí)成功，為了復(fù)用目的。

　　任意支持管腳復(fù)用硬件的編程需要路由GPIO信號(hào)到適當(dāng)?shù)墓苣_。這些應(yīng)該在一個(gè)GPIO驅(qū)動(dòng)的.direction_input（）或是.direction_output（）操作中發(fā)生，且發(fā)生在任意一個(gè)輸出GPIO值setup之后。這允許從一個(gè)管腳的特殊功能到GPIO的無(wú)障礙集成。當(dāng)使用一個(gè)GPIO來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)關(guān)于一個(gè)非GPIO硬件模塊驅(qū)動(dòng)一個(gè)典型信號(hào)的工作區(qū)（變通方案）時(shí)，這時(shí)常會(huì)被需求。

　　一些平臺(tái)允許一些或所有的GPIO信號(hào)被路由到不同的管腳。同樣的，GPIO或管腳的別的方面可能需要配置，如上來(lái)/下拉。平臺(tái)軟件應(yīng)該安排所有的這些細(xì)節(jié)優(yōu)先于gpio_request（）之前配置。例如，使用pinctrl子系統(tǒng)的映射表，這樣GPIO使用者就不需要知道那些細(xì)節(jié)。

　　同樣注意：在你釋放GPIO之前需要停止使用它。

　　考慮到大多數(shù)場(chǎng)景中GPIO在它們被聲明后實(shí)際已經(jīng)被正確配置，定義了3各附加的調(diào)用：

　　/* request a single GPIO， with initial configuration specified by

　　* ‘flags’， identical to gpio_request（） wrt other arguments and

　　* return value

　　*/

　　int gpio_request_one（unsigned gpio， unsigned long flags， const char *label）;

　　/* request multiple GPIOs in a single call

　　*/

　　int gpio_request_array（struct gpio *array， size_t num）;

　　/* release multiple GPIOs in a single call

　　*/

　　void gpio_free_array（struct gpio *array， size_t num）;

　　其中，flags參數(shù)當(dāng)前可以指定為下列屬性：

　　* GPIOF_DIR_IN- 配置方向?yàn)檩斎?/p>

　　* GPIOF_DIR_OUT- 配置方向?yàn)檩敵?/p>

　　* GPIOF_INIT_LOW- 作為輸出，設(shè)置初始值為低

　　* GPIOF_INIT_HIGH- 作為輸出，設(shè)置初始值為高

　　* GPIOF_OPEN_DRAIN- GPIO管腳是開(kāi)漏極形式

　　* GPIOF_OPEN_SOURCE- GPIO管腳是開(kāi)源極形式

　　由于GPIOF_INIT_*僅僅當(dāng)配置為輸出時(shí)有效，所以有效組合為

　　* GPIOF_IN- 配置為輸入

　　* GPIOF_OUT_INIT_LOW- 配置為輸出，初始為低電平

　　* GPIOF_OUT_INIT_HIGH- 配置為輸入，初始為高電平

　　當(dāng)設(shè)置flag為GPIOF_OPEN_DRAIN時(shí)，它將假設(shè)管腳是開(kāi)漏極方式。這類(lèi)管腳在輸出模式將不會(huì)被驅(qū)動(dòng)為1。這樣的管腳需要連接上拉。通過(guò)使能此flag，當(dāng)它在輸出模式被要求設(shè)置為1時(shí)，gpio lib將使得方向?yàn)檩斎胍允沟霉苣_變高。輸出模式下，管腳輸出值0以驅(qū)動(dòng)電平為低。

　　當(dāng)設(shè)置flag為GPIOF_OPEN_SOURCE，它假設(shè)管腳時(shí)開(kāi)源極類(lèi)型。這種管腳在輸出模式不能驅(qū)動(dòng)為0。此種管腳需要下拉。通過(guò)使能這個(gè)flag，當(dāng)管腳要求輸出1時(shí)，gpio lib將使得方向變?yōu)檩斎胍允沟霉苣_變低。管腳在輸出模式驅(qū)動(dòng)1為高

　　未來(lái)，這些flag可以被擴(kuò)展以支持更多的特性。

　　此外，為了簡(jiǎn)化多個(gè)GPIO的聲明/釋放，引入了gpio結(jié)構(gòu)來(lái)壓縮這3個(gè)域

　　struct gpio {

　　unsignedgpio;

　　unsigned longflags;

　　const char*label;

　　};

　　一個(gè)典型用法的例子如下：

　　static struct gpio leds_gpios［］ = {

　　{ 32， GPIOF_OUT_INIT_HIGH， “Power LED” }， /* default to ON */

　　{ 33， GPIOF_OUT_INIT_LOW， “Green LED” }， /* default to OFF */

　　{ 34， GPIOF_OUT_INIT_LOW， “Red LED” }， /* default to OFF */

　　{ 35， GPIOF_OUT_INIT_LOW， “Blue LED” }， /* default to OFF */

　　{ 。.. }，

　　};

　　err = gpio_request_one（31， GPIOF_IN， “Reset Button”）;

　　if （err）

　　。..

　　err = gpio_request_array（leds_gpios， ARRAY_SIZE（leds_gpios））;

　　if （err）

　　。..

　　gpio_free_array（leds_gpios， ARRAY_SIZE（leds_gpios））;

　　GPIO映射到中斷

　　GPIO號(hào)碼是無(wú)符號(hào)整型數(shù)，同樣中斷號(hào)碼也是這樣。這些構(gòu)成了兩個(gè)邏輯區(qū)別的名字空間（GPIO0無(wú)須對(duì)應(yīng)使用中斷0）。你可以在它們之間使用以下調(diào)用進(jìn)行映射：

　　/* map GPIO numbers to IRQ numbers */

　　int gpio_to_irq（unsigned gpio）;

　　/* map IRQ numbers to GPIO numbers （avoid using this） */

　　int irq_to_gpio（unsigned irq）;

　　它們返回一個(gè)對(duì)應(yīng)名字空間的對(duì)應(yīng)號(hào)碼，或者如果映射不能完成的話(huà)返回錯(cuò)誤。（例如：一些GPIO不能用于中斷。）使用一個(gè)未setup的GPIO號(hào)碼作為輸出調(diào)用gpio_direction_input（）或是使用一個(gè)不是來(lái)源于gpio_to_irq（）的中斷號(hào)是一個(gè)未核對(duì)的錯(cuò)誤，

　　這兩個(gè)映射調(diào)用會(huì)在單個(gè)增加或減少上有耗費(fèi)。它們不能休眠。

　　gpio_to_irq（）的返回值（非錯(cuò)誤）可以傳遞給request_irq（）或free_irq（）。它們經(jīng)常被保存到對(duì)應(yīng)platform設(shè)備的IRQ resource中，這使用單板特定的初始化函數(shù)完成。注意，中斷觸發(fā)選項(xiàng)是中斷接口的一部分，例如IRQF_TRIGGER_FALLING，作為系統(tǒng)喚醒能力。

　　irq_to_gpio（）的返回值（非錯(cuò)誤）通常用于gpio_get_value（），例如，為了在中斷被邊沿觸發(fā)時(shí) 初始化和更新驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。注意，一些platform不支持反轉(zhuǎn)映射，所以你應(yīng)該避免使用它。

　　仿真開(kāi)漏信號(hào)

　　有時(shí)共享信號(hào)需要使用開(kāi)漏信號(hào)，它只有低信號(hào)電平是實(shí)際驅(qū)動(dòng)的。（此術(shù)語(yǔ)用于COMS晶體管，開(kāi)集電極用于TTL。）一個(gè)上拉電阻引出高電平信號(hào)。這有時(shí)稱(chēng)為“線(xiàn)與”，或是事實(shí)上更多的，來(lái)自負(fù)邏輯觀點(diǎn)（low=true）這是一個(gè)“線(xiàn)或”。

　　一個(gè)常見(jiàn)的開(kāi)漏信號(hào)的例子是一個(gè)共享的低電平激活中斷線(xiàn)。同樣，雙向數(shù)據(jù)總線(xiàn)信號(hào)有時(shí)也使用開(kāi)漏信號(hào)

　　一些GPIO控制器直接支持開(kāi)漏輸出，更多的不支持。當(dāng)你需要開(kāi)漏信號(hào)但你的硬件不直接支持時(shí)，一個(gè)常見(jiàn)的方法你可以使用任意的即可用于輸入也可以用于輸出的GPIO來(lái)模擬它

　　LOW:gpio_direction_output（gpio， 0） 。.. this drives the signal

　　and overrides the pullup.

　　HIGH:gpio_direction_input（gpio） 。.. this turns off the output，

　　so the pullup （or some other device） controls the signal.

　　如果你正在驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高，但是 gpio_get_value（gpio）報(bào)告了一個(gè)低值（經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)纳仙龝r(shí)間準(zhǔn)備），你應(yīng)該知道可能是某些別的部件驅(qū)動(dòng)了這個(gè)共享信號(hào)為低。這是不必要的錯(cuò)誤。作為一個(gè)常見(jiàn)的例子，這是I2C時(shí)鐘拉伸的方式：一個(gè)從部件需要一個(gè)低速時(shí)鐘延遲了SCK的上升沿們，且I2C主設(shè)備因此調(diào)整了它的信號(hào)頻率。

　　這些約定節(jié)省了什么？

　　這些約定節(jié)省的一個(gè)大方面是關(guān)于管腳復(fù)用，因?yàn)檫@是高度芯片相關(guān)且不可移植的。一個(gè)平臺(tái)可能不需要顯式的管腳復(fù)用，另一個(gè)可能只有兩個(gè)選項(xiàng)用于任意給定的管腳，另一個(gè)可能每個(gè)管腳有八個(gè)選擇，一個(gè)可能能夠路由一個(gè)給定的GPIO到多個(gè)管腳中的一個(gè)。（是的，這些例子在今天的linux上都可以找到）

　　在一些平臺(tái)上配置和上拉/下拉的使能與多路復(fù)用相關(guān)。并不是所有的平臺(tái)都支持或是以同樣的方式支持它們，任意一個(gè)給定的單板可能使用外部上拉（或下拉）以便片上ons不能被使用。（當(dāng)一個(gè)電路需要5千歐姆，片上的100K歐姆電阻不能作用。）同樣的，驅(qū)動(dòng)能力（2mA 對(duì) 20mA）和電壓（1.8V 對(duì) 3.3V）是平臺(tái)特定的，與模型一樣在配置的管腳和GPIO之間一一對(duì)應(yīng)

　　還有別的系統(tǒng)特定的機(jī)制此處并沒(méi)有提到，如上文提及的抗干擾和線(xiàn)或輸出。

　　硬件可能按組讀寫(xiě)GPIO，但是那通常是單獨(dú)配置的：對(duì)于那些共享同一個(gè)bank的GPIO。

　?。℅PIO通常16或32個(gè)為一組，一個(gè)給定的SOC系統(tǒng)一般擁有幾個(gè)這樣的BANK。）

　　一些系統(tǒng)可以從輸出GPIO管腳觸發(fā)中斷，或是從一個(gè)沒(méi)作為GPIO管理的管腳上讀值。依賴(lài)于這種機(jī)制的代碼將是不可移植的。

　　GPIO動(dòng)態(tài)定義并不是當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)，例如，作為配置一個(gè)單板附加的GPIO擴(kuò)展器的邊界效應(yīng)。

　　GPIO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（可選）

　　如前面提醒的一樣，一個(gè)可選的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)使得平臺(tái)支持不同種類(lèi)的GPIO控制器使用同一個(gè)編程接口變得簡(jiǎn)單。這個(gè)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為gpiolib。

　　作為一個(gè)調(diào)試目的，如果debugfs有效，一個(gè)/sys/kernel/debug/gpio文件在那里將被找到。它列出了所有的通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)注冊(cè)的GPIO控制器，和GPIO當(dāng)前的使用狀態(tài)。

　　Controller Drivers： gpio_chip

　　控制器驅(qū)動(dòng)：gpio_chip

　　在這個(gè)架構(gòu)中，每個(gè)GPIO控制器被封裝為一個(gè)“gpio_chip”結(jié)構(gòu)體，此結(jié)構(gòu)體中包含了每個(gè)控制器的通用信息：

　　--確定GPIO方向的方法

　　--存取GPIO值的方法

　　--聲明方法是否休眠的flag

　　--可選的debugfs dump方法（展現(xiàn)附加的狀態(tài)如上拉配置等）

　　--用于診斷目的的標(biāo)簽

　　每個(gè)實(shí)例也有自己的私有數(shù)據(jù)，可能來(lái)自device.platform_data：它的第一個(gè)GPIO和它暴露幾個(gè)GPIO.

　　實(shí)現(xiàn)一個(gè)gpio_chip的代碼應(yīng)該支持多個(gè)控制器的實(shí)例，可能使用驅(qū)動(dòng)模型。代碼會(huì)配置每個(gè)gpio_chip并且執(zhí)行g(shù)piochip_add（）。移除一個(gè)GPIO控制器是少見(jiàn)的，使用gpio_remove（）移除一個(gè)不再有效的GPIO控制器。

　　大多數(shù)時(shí)候，一個(gè)gpio_chip是一個(gè)實(shí)例獨(dú)有的結(jié)構(gòu)，它的一些狀態(tài)值不暴露給GPIO接口，如編址、電源管理等等。編碼解碼器之類(lèi)的芯片會(huì)有復(fù)雜的非GPIO狀態(tài)。

　　所有的debugfs dump 方式通常應(yīng)該忽略那些未作為GPIO請(qǐng)求的信號(hào)。他們可以使用gpiochip_is_requested（），此函數(shù)返回與GPIO相關(guān)的label或是NULL。

　　平臺(tái)支持

　　為了支持這個(gè)結(jié)構(gòu)，一個(gè)平臺(tái)的Kconfig需要選擇ARCH_REQUIRE_GPIOLIB或是ARCH_WANT_OPTIONAL_GPIOLIB之一，且安排的它的《asm/gpio.h》包含《asm-generic/gpio.h》并且定義3個(gè)函數(shù)gpio_get_value（）， gpio_set_value（）， 和 gpio_cansleep（）。

　　他也可以提供一個(gè)自定義的值：ARCH_NR_GPIOS，以便能更好的反映平臺(tái)實(shí)際使用的GPIO數(shù)目，并不浪費(fèi)靜態(tài)區(qū)域空間。（它應(yīng)該計(jì)數(shù) 內(nèi)建/SOC GPIO和GPIO擴(kuò)展器擴(kuò)展的數(shù)目）

　　ARCH_REQUIRE_GPIOLIB意味著此平臺(tái)上gpiolib代碼將永久編譯進(jìn)內(nèi)核

　　ARCH_WANT_OPTIONAL_GPIOLIB意味著gpiolib代碼默認(rèn)是關(guān)閉的，用于可以使能它并且將它可選的編譯進(jìn)內(nèi)核。

　　如果這些選項(xiàng)都未被選上，平臺(tái)不能通過(guò)GPIO-lib支持GPIO，這些代碼也不能被用戶(hù)使能。

　　那些函數(shù)瑣細(xì)的實(shí)現(xiàn)可以直接使用架構(gòu)代碼，它們經(jīng)常通過(guò)gpio_chip分配：

　　#define gpio_get_value__gpio_get_value

　　#define gpio_set_value__gpio_set_value

　　#define gpio_cansleep__gpio_cansleep

　　愛(ài)好者實(shí)現(xiàn)可以代替定義他們使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)，使用邏輯優(yōu)化存取特定的基于SOC的GPIO。例如，如果 引用的GPIO是常數(shù)“12”，getting或setting它的值可能只需要2個(gè)或3個(gè)指令，且從不休眠。如果這樣一個(gè)優(yōu)化是不可能的話(huà)，這些調(diào)用實(shí)現(xiàn)必須委托給架構(gòu)代碼，它會(huì)耗費(fèi)至少幾十個(gè)指令。為了位拆型I/O，這些指令的節(jié)約是有相當(dāng)大的意義的。

　　對(duì)于SOC來(lái)說(shuō)，平臺(tái)特定的代碼為每個(gè)bank的片上GPIO定義和注冊(cè)了gpio_chip實(shí)例。那些GPIO應(yīng)該被編號(hào)和打上標(biāo)簽以匹配芯片廠(chǎng)商文檔，且直接匹配單板設(shè)計(jì)圖。他們可以從零開(kāi)始一直到平臺(tái)特定的限制。這些GPIO通常集成到單板初始化過(guò)程中以使得它們總是有效的，從arch_initcall（）到更早，它們總是可以為中斷服務(wù)。

　　板級(jí)支持

　　對(duì)于外部GPIO控制器（如I2C或SPI擴(kuò)展）、ASIC、多功能器件、FPGA或是CPLD，通常單板私有代碼例程注冊(cè)控制器器件且確定它們的驅(qū)動(dòng)使用什么GPIO號(hào)來(lái)調(diào)用gpiochip_add。它們的號(hào)碼經(jīng)常在平臺(tái)特定GPIO之后開(kāi)始。

　　例如，單板setup代碼可以創(chuàng)建結(jié)構(gòu)標(biāo)示芯片想要暴露的GPIO的范圍，且使用platform_data傳遞它們到每個(gè)GPIO擴(kuò)展器芯片。這樣芯片驅(qū)動(dòng)的probe（）歷程可以傳遞這些數(shù)據(jù)到gpiochip_add（）。

　　初始化順序是很重要的。例如當(dāng)一個(gè)依賴(lài)于基于I2C的GPIO的設(shè)備，它的probe（）例程應(yīng)該僅能在GPIO有效后調(diào)用。這意味著設(shè)備不能在GPIO可以工作之前注冊(cè)。一個(gè)解決這樣依賴(lài)的方法是在板級(jí)特定代碼中，對(duì)于這種gpio_chip控制器來(lái)提供setup（）和teardown（）回調(diào)，這些板級(jí)特定的回調(diào)將注冊(cè)設(shè)備一旦所有的需要資源有效時(shí)，并且在GPIO控制器無(wú)效時(shí)將它們移除。

　　用戶(hù)空間的Sysfs接口（可選）

　　使用gpiolib實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的平臺(tái)可以選擇為GPIO配置一個(gè)sysfs用戶(hù)接口。這與debugfs接口不同，因?yàn)樗峁┝烁采wGPIO方向和值的控制而不只是顯示一個(gè)gpio狀態(tài)信息摘要。另外，它可以在產(chǎn)品系統(tǒng)中提供而不需要調(diào)試支持。

　　為系統(tǒng)給出對(duì)應(yīng)的硬件文檔，用戶(hù)空間可以知道例如GPIO#23控制著保護(hù)線(xiàn)，用于保護(hù)flash中的boot區(qū)域。系統(tǒng)升級(jí)程序可能需要臨時(shí)移除這個(gè)保護(hù)，首先引入一個(gè)GPIO，然后改變它的輸出狀態(tài)，接下來(lái)在重新使能寫(xiě)保護(hù)之前升級(jí)代碼。通常用法中，GPIO#23將不會(huì)被觸碰，并且內(nèi)核也不需知道它的信息。

　　同樣依靠一個(gè)合適的硬件文檔，在一些系統(tǒng)用戶(hù)空間，GPIO可以被用于決定那些內(nèi)核并不關(guān)心的系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)。對(duì)于一些任務(wù)，簡(jiǎn)單用戶(hù)空間GPIO驅(qū)動(dòng)是系統(tǒng)真正需要的

　　注意，針對(duì)通用“LED和按鈕”的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)存在對(duì)應(yīng)的GPIO任務(wù)“l(fā)eds-gpio”和“gpio-keys”。使用它們代替直接與GPIO通話(huà)，它們集成在內(nèi)核架構(gòu)比你的用戶(hù)態(tài)代碼可能更好。

　　Paths in Sysfs

　　Sysfs路徑

　　There are three kinds of entry in /sys/class/gpio：

　　/sys/class/gpio有3個(gè)入口條目：

　　-控制接口用于用戶(hù)空間獲取GPIO控制

　　-GPIO自己

　　-GPIO控制器（“gpio_chip”實(shí)例）

　　這是對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)文件的補(bǔ)充，包括“device”符號(hào)

　　控制接口是只寫(xiě)的：

　　/sys/class/gpio/

　　“export” ————通過(guò)寫(xiě)GPIO的號(hào)碼到此文件，用戶(hù)空間可以要求內(nèi)核導(dǎo)出一個(gè)GPIO的控制到用戶(hù)空間

　　例如：“echo 19 》 export”將創(chuàng)建一個(gè)GPIO #19的“gpio19”節(jié)點(diǎn)（假設(shè)內(nèi)核代碼未申請(qǐng)此GPIO號(hào)）。

　　“unexport”————與“export”效果相反

　　例如：“echo 19 》 unexport”將移除一個(gè)由“export”文件導(dǎo)出的“gpio19”節(jié)點(diǎn)。

　　GPIO信號(hào)擁有如/sys/class/gpio/gpio42/（對(duì)應(yīng)于GPIO#42）的路徑，并且具有下列讀寫(xiě)屬性：

　　/sys/class/gpio/gpioN/

　　“direction”————讀為“in”或是“out”。這個(gè)值通?？蓪?xiě)。寫(xiě)“out”默認(rèn)初始化此值為低。為了確定無(wú)障礙操作，值“l(fā)ow”和“high”可以被寫(xiě)入以配置GPIO的輸出初始化值。

　　注意這個(gè)屬性“將不存在”如果內(nèi)核不支持改變一個(gè)GPIO的方向，或者它不能被內(nèi)核代碼導(dǎo)出（不能顯式的允許用戶(hù)空間來(lái)重新配置GPIO的選項(xiàng)。）

　　“value”—————讀作“0”（低）或“1”（高）。如果GPIO被配置為一個(gè)輸出，這個(gè)值可寫(xiě);任何非零值均被視為高。

　　如果管腳可以被配置為中斷產(chǎn)生中斷管腳，且如果它已經(jīng)被配置為產(chǎn)生中斷（參考“edge”描述），你可以poll（2）此文件并且當(dāng)中斷觸發(fā)時(shí)poll（2）將返回。如果你使用了poll（2），設(shè)置POLLPRI和POLLERR事件。如果你使用select（2），在exceptfds中設(shè)置文件描述符。在poll（2）返回之后，有兩個(gè)選擇一是lseek（2）到sysfs文件的開(kāi)始且讀新的值，另一個(gè)是關(guān)閉文件且重打開(kāi)它來(lái)讀取新的值。（為何這樣設(shè)置？）

　　“edge”————讀作“none”、“rising”、“falling”或是“both”。寫(xiě)這些字符串以選擇邊沿信號(hào)，他將使得“value”文件上的poll（2）操作返回。

　　這個(gè)文件只在管腳可以配置為中斷產(chǎn)生輸入管腳時(shí)存在。

　　“active_low”————讀為0（false）或1（true）。寫(xiě)任何非零值都會(huì)反轉(zhuǎn)讀或?qū)懙闹怠Ｄ壳昂秃髞?lái)的poll（2）支持經(jīng)由edge屬性配置為“rising”或“falling”上升沿或下降沿將遵循這個(gè)設(shè)置。

　　GPIO控制器具有如/sys/class/gpio/gpiochip42/（針對(duì)控制器，實(shí)現(xiàn)GPIO開(kāi)始于#42）的路徑，且具有下列制度屬性：

　　/sys/class/gpio/gpiochipN/

　　“base”————與N相等，是第一個(gè)被此芯片管理的GPIO

　　“l(fā)abel”————提供用于診斷（并不總是獨(dú)一無(wú)二的）

　　“ngpio”————管理的GPIO數(shù)（N到N+ngpio-1）

　　大多數(shù)情況下，單板文檔應(yīng)該提供GPIO的使用目的。雖然如此這些號(hào)碼并非總是固定的，一個(gè)子板上的GPIO可能與基礎(chǔ)板使用的不同。此種情況下，你可能需要使用gpiochip節(jié)點(diǎn)（可能與設(shè)計(jì)結(jié)合）來(lái)為每個(gè)信號(hào)決定正確的GPIO號(hào)碼。

　　從內(nèi)核代碼中導(dǎo)出

　　內(nèi)核代碼可以顯式管理那些使用gpio_request（）申請(qǐng)的GPIO的導(dǎo)出

　　/* export the GPIO to userspace */

　　int gpio_export（unsigned gpio， bool direction_may_change）;

　　/* reverse gpio_export（） */

　　void gpio_unexport（）;

　　/* create a sysfs link to an exported GPIO node */

　　int gpio_export_link（struct device *dev， const char *name，

　　unsigned gpio）

　　/* change the polarity of a GPIO node in sysfs */

　　int gpio_sysfs_set_active_low（unsigned gpio， int value）;

　　一個(gè)內(nèi)核驅(qū)動(dòng)申請(qǐng)一個(gè)GPIO后，它可以使用gpio_export（）使得sysfs接口有效。驅(qū)動(dòng)可以控制信號(hào)方向是否可以改變。這使得驅(qū)動(dòng)可以防止用戶(hù)空間代碼不小心沖擊重要的系統(tǒng)狀態(tài)。

　　明確的exporting有助于調(diào)試（使得一些實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)單），或是提供一個(gè)總是可以使用的接口，適合于bsp文檔。

　　GPIO被導(dǎo)出后，gpio_export_link（）允許在sysfs的任何地方創(chuàng)建GPIO sysfs節(jié)點(diǎn)的符號(hào)鏈接。驅(qū)動(dòng)可以用此在它們自己設(shè)備sysfs目錄下提供指定名字的接口（鏈接到GPIO節(jié)點(diǎn)）

　　驅(qū)動(dòng)可以使用gpio_sysfs_set_active_low（）隱藏GPIO在用戶(hù)空間和單板之間的線(xiàn)極性不同。這僅影響sysfs接口。極性變換可以在gpio_export（）之前和之后完成，并且前面使能的poll（2） （支持上升沿或下降沿事件）將被重新配置為遵循此設(shè)置。