一、簡單介紹

GPIO子系統: Linux GPIO子系統是Linux內核中負責處理GPIO（通用輸入輸出）的一部分。它提供了一套接口，使得硬件工程師和軟件開發者能夠方便地使用和控制GPIO(來自百度百科);
Linux的pinctrl子系統是一種提供引腳復用和引腳配置的機制，它允許內核或者用戶空間動態地控制硬件的引腳功能(來自百度百科);

二、主要源碼文件和目錄

gpio子系統

目錄 linux-5.10.1xx/drivers/gpio/ ;
gpio-dwapb.c ： 以DesignWare的IP庫為例,具體芯片平臺架構gpio外設的適配文件,其它平臺gpio-xxxx.c 同理;
gpiolib-devres.c: 主要關于struct gpio_desc結構的操作；
gpiolib.c : gpio子系統和核心層;
gpiolib-sysfs.c : 在用戶空間通過sysfs文件系統導出引腳,操作引腳的底層實現函數;
gpiolib-cdev.c : struct gpio_device結構注冊為字符設備,操作相關函數;
gpiolib-legacy.c : 幾個操作函數;
gpiolib-of.c : 關于gpio設備樹配置解析的操作函數封裝;
gpio-mmio.c : struct gpio_chip的鉤子函數的定義在此處;

文件整體調用關系圖:

pinctrl子系統

目錄 linux-5.10.xxx/drivers/pinctrl/;
core.c：pinctrl核心，向外暴露的接口可以鏈接其它文件中的調用流程轉換；
devicetree.c ： 解析某個設備的設備樹中關于引腳的設置，如解析pinctrl-0屬性；
pinconf-generic.c: 操作設備樹節點到 struct pinctrl_map結構的函數封裝和pinctrl-utils.c 中接口配合使用；
pinconf.c : 操作struct pinctrl_map 和 struct pinctrl_setting的輔助接口；
pinctrl-xxxxx.c：具體芯片平臺解析設備樹pinctrl外設的probe函數，自定義結構的定義包含struct pinctrl_dev 是它的派生類；
pinctrl-utils.c ：struct pinctrl_map 結構成員的操作；
pinmux.c: 請求pin引腳為某種復用功能時的函數集合，向下調用struct pinmux_ops *ops->set_mux成員函數，具體將配置進行執行到寄存器的操作實現；

文件整體調用關系圖:

兩個子系統之間的關系

核心紐帶數據結構:

//此結構定義的是gpio空間和pinctrl空間一段對應的引腳范圍
struct pinctrl_gpio_range{struct list_head node;const char *name;unsigned int id;unsigned int base;//gpio空間此段gpio編號的開始unsigned int pin_base;//pinctrl空間此段pin空間的開始unsigned const *pins;unsigned int npins;//此段范圍總的引腳個數struct gpio_chip *gc;
}

圖示:

設備樹例子

以DesignWare的IP庫為例，led gpio和pinctrl為兩個外設
led設備設備樹：

leds {compatible = "gpio-leds";pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&leds_gpio>;status = "okay";heartbeat {label = "Heartbeat";gpios = <&port1 23 GPIO_ACTIVE_HIGH>;linux,default-trigger = "heartbeat";};};

gpio外設設備樹：

gpio@地址 {compatible = "snps,dw-apb-gpio";reg = <0x0xxxxxxx 0xxxxx>;#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;port1: gpio@0 {compatible = "snps,dw-apb-gpio-port";gpio-controller;#gpio-cells = <2>;snps,nr-gpios = <32>;reg = <0>;};port2: gpio@1 {compatible = "snps,dw-apb-gpio-port";gpio-controller;#gpio-cells = <2>;snps,nr-gpios = <32>;reg = <1>;};};

pinctrl外設設備樹：

pinctrl@地址 {leds_gpio: leds_gpio {xxx,pins = <PF5>;    xxx,pull = <XXX_PULL_UP>;xxx,function = <XXX_FUNC_XXX>;};}；

三、主要的數據結構

gpio子系統

struct gpio_chip：理解為一個gpio外設控制器或者gpio外設控制器下的某個端口的表示（每個端口有一組引腳）；
struct gpio_device： struct gpio_chip的另一種表示，包含struct gpio_descs和struct gpio_chip的指針；
struct gpio_descs: 某個gpio外設或者gpio外設控制器下的某個端口下的某個引腳的表示，如一個外設或者端口下有個32個引腳那么每個引腳都會分配一個這樣的結構；

pinctrl子系統

struct pinctrl：具體的設備在獲取pinctrl-0屬性前會生成一個這個結構，其中的 dev執行具體設備的dev；
struct pinctrl_dev： 包括 struct pin_desc ，struct pinctrl_desc 等；
struct pinctrl_gpio_range： 定義gpio和pinctrl一段引腳映射的關系；
struct pinctrl_map：對引腳的配置的一種表示,比如a引腳上拉是一個map，a引腳為gpio是一個map，其中的type成員會具體區分；
struct pin_desc： 關注成員gpio_owner；
struct pinctrl_pin_desc ：注意和struct pin_desc的區分，表示pin號和pin的名字；

四、驅動初始化流程

1、pinctrl外設解析注冊過程

xxxxx_probe(pinctrl-xxxx.c)->
devm_pinctrl_register(core.c) ->
pinctrl_register(core.c)->
pinctrl_enable 注冊pinctrl外設到核心層的隊列pinctrldev_list里；
調用過程中會涉及到pinctrl子系統中以上主要數據struct pinctrl_dev, struct pinctrl_pin_desc ，struct pin_desc等的創建和初始化；

2、具體設備根據設備中引腳的配置調用struct pinctrl_dev 的 struct pinctrl_desc的struct pinmux_ops鉤子函數配置引腳

內核源碼/drivers/base/dd.c ->
pinctrl_init_done（core.c）->
pinctrl_commit_state （core.c）->
pinmux_enable_setting (pinmux.c)->
pinmux_ops *ops->set_mux( pinctrl-xxxx.c 中注冊的struct pinmux_ops 成員)

3、具體設備調用struct pinctrl_dev 的 struct pinctrl_desc的pinctrl_ops的 dt_node_to_map，通過解析具體設備的引腳配置生成 pinctrl_map的過程

內核源碼/drivers/base/pinctrl.c -> devm_pinctrl_get(core.c)->
pinctrl_get(core.c)->
create_pinctrl(dev, NULL);(pinctrl/core.c) ->
pinctrl_dt_to_map(devicetree.c) 循環調用 ->
dt_to_map_one_config（devicetree.c ）->
dt_node_to_map(pinctrl-xxxx.c 中注冊的struct pinctrl_ops 成員)
設備在解析設備樹獲取引腳配置時會根據設備的設備樹pinctrl-0等狀態生成struct pinctrl結構，解析設備樹引腳配置生成 struct pinctrl_map 并掛到struct pinctrl的鏈表成員中，需要仔細看代碼理解；

五、難點說明

1、pinctrl子系統struct pinctrl_map 結構說明

struct pinctrl_map {const char *dev_name;const char *name;enum pinctrl_map_type type; //const char *ctrl_dev_name;union {struct pinctrl_map_mux mux;struct pinctrl_map_configs configs;} data;
};

以上述led設備樹為例，會生成兩個map，解析xxx,function屬性生成一個成員type類型PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP的map，解析xxx,pull生成一個成員type類型PIN_MAP_TYPE_CONFIGS_PIN的map；