Linux内核gpio

本文基于 RockPI 4A 单板 Linux 4.4 内核介绍 RK3399 Linux GPIO 功能。

GPIO(General Purpose Input/Output Port) ：通用输入输出端口。

除作为一般的输入/输出功能外，还可以配置为中断和模拟 PWM、I2C 等接口功能。

RK3399 GPIO 属性如下：

1、一共有5组 GPIO(GPIO0~4) ，每组 GPIO 为一个 Bank ，共32个引脚。每个 Bank 包括4个 Group (GPIOA(0~7) ~ D(0~7)) 。不是所有 Bank 都有 GPIOA~D 的编号， RK3399 共122个 GPIO 引脚。

2、所有 GPIO 都可被配置为 CA55或CA53 的中断功能，且 GPIO0 和 GPIO1 可用于系统低功耗唤醒模式。

3、在上电复位后，所有 GPIO 默认输入状态。

4、软件可配置 GPIO 驱动强度。

RK3399 引脚在系统中显示如下：

RK3399 GPIO 引脚号计算方式：

例：

以 ROCKPI 4A 单板 WIFI 模块电源（ GPIO0_B2 ）为例，介绍 DTS 中 GPIO 配置。

在系统启动后，可以查看 GPIO ，命令如下：

注：

如果debugfs没有挂载，使用下面命令挂载

Linux 内核 GPIO 主要实现文件：

GPIO 子系统有两套 API ：

1、基于描述符（descriptor-based）

前缀为： gpiod_ 。

参考： Documentation/gpio/consumer.txt

2、老版本接口（legacy）

前缀为： gpio_ 。

参考： Documentation/gpio/gpio-legacy.txt

3、常用API

GPIO 还有很多接口，就不一一列举了。

RK3399 GPIO 控制器驱动实现文件： drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c ，涉及主要函数：

所有 GPIO 子系统的 API 最终都会调到 SOC 的 GPIO 控制器驱动函数。

ROCKPi 4A 单板有个40个引脚的扩展口，引用 radxa 图片，见下图。

1、进入测试目录

2、导出GPIO

在使用 GPIO2_A7 前，需要导出该引脚。方法：配置 export 后，会出现 gpio71 节点。

测试时，注意不要使用在程序中已经申请过或配置为其它功能的 GPIO 引脚。

3、配置GPIO方向

设置 GPIO2_A7 的输入/输出方向。

in ：表示输入。

out ：表示输出。

active_low ：用于中断配置中高电平或低电平有效。

edge ：用于中断配置中上升沿或下降沿有效。

4、配置GPIO输出值

在 GPIO 为输入时，通过 value 查询 GPIO 的输入电平（高或低电平）。

在 GPIO 为输出时，通过 value 配置 GPIO 的输出电平（高或低电平）。

5、查看GPIO

查看已经导出的 GPIO71 。

6、取消导出

使用完 GPIO2_A7 后，需要进行释放。方法：配置 unexport 后， gpio71 节点会消失。

中断的触发来自很多地方，包括事件和信号，外部信号的触发中断有两种方式实现，GPIO和EIC，即可以将信号输入的PAD配给GPIO controller或者EIC controller，在IO function配置里面也是不同的function。

GPIO支持边沿和电平中断和边沿中断，后来的GPIO plus又增加了latch和debounce

EIC支持 debounce，latch，ASYNC和SYNC四种中断

也就是说在支持GPIO plus的平台上有8种外部中断触发方式，4种来自EIC，4种来自GPIO。但是GPIO 和EIC的时钟源不同，GPIO的时钟源来自pclk，EIC可以来自RTC，不同模式对时钟的需求也不尽相同

EIC（External Interrupt Controller）模块包括四个子模块：EIC_DBNC, EIC_LATCH, EIC_ASYNC and EIC_SYNC.

EIC_DBNC子模块提供8个源信号输入连接。有一个去抖动机制用来捕捉输入信号的稳定状态，这个子模块还引入了一个单触发机制，用来提升输入事件的检测稳定性。另外，这个子模块的时钟可以自动关闭，以降低功耗。去抖动的范围是1ms到4秒（1ms步进）。小于1ms的输入信号将被子模块忽略。（因为使用的时钟是RTC 1K，所以最小要1ms）

EIC_LATCH子模块用于锁住一些特殊的输入信号，然后通过通道发送中断给MCU核，它能提供8个EIC_LATCH源输入信号连接。不需要时钟，相当于边沿触发，没有debounce时间

EIC_ASYNC 用于脉冲触发，检测脉冲最小需要维持61us，因为用的时钟是 RTC32K，最小需要2个circle

EIC_SYNC 用于脉冲触发检测，检测脉冲最小维持时间根据apbclk而定

一点小问题：不开debounce会无法滤除glitch，开了debounce如果需要的有效信号脉冲很短，小于debounce时钟源的一个最小周期，也会被滤掉，在新平台设计时，需要明确的各种输入信号具体情况，选择合适的时钟源

1、 GIC接收众多的外部中断，最终只有4个信号报给ARM内核。

VFIQ:虚拟快速 FIQ。

VIRQ:虚拟快速 IRQ

FIQ:快速中断 IRQ。

IRQ:外部中断 IR

2、GICV2 总体框图

主要是使能或者禁止MMU、I/D Cache等

IRQ和FIQ总中断使能

ID0~ID1019中断使能和禁止

GIC寄存器GICD_ISENABLERn和GICD_ICENABLERn用来完成外部中断的使能和禁止，对于Cortex-A7内核来说中断ID只能使用512个。一个bit控制一个中断ID的使能，那么就需要512/32=16个GICD_ISENABLERn寄存器来完成中断的使能。同理，也需要16个GICD_ICENABLERn寄存器来完成中断的禁止。其中GICD_ISENABLERn的bit[15:0]对应ID15~0de SGI中断，GICD_ISENABLERn的bit[31:16]对应ID31~16的PPI中断。剩下的GICD_ISENABLERn就是控制SPI中断的。

优先级数配置

GICC_PMR寄存器只有低8位有效，这个8位最多可以设置256个优先级，其他优先级数设置如下表

抢占优先级和子优先级位数设置

抢占优先级和子优先级各占多少位是由寄存器GICC_BPPR来决定的，GICC_BPR寄存器结构如下：

GICC_BPR只有低3位有效，其值不同，抢占优先级和子优先级占用的位数也不同，配置如下：

为了简单起见，一般将所有的中断优先级位都配置为抢占优先级，比如6U的优先级位数为5（32个优先级），所以可以设置Binary poin为2，表示5个优先级位全部为抢占优先级。

优先级设置

Cortex-A7使用了512个中断ID，每个中断ID配有一个优先级寄存器，所以一共有512个D_IPRIORITYR寄存器。如果优先级个数为32的话，使用寄存器D_IPRIORITYR的bit7:4来设置优先级。

优先级设置主要有三部分：

①设置寄存器GICC_PMR，配置优先级个数，比如I.MX6U支持32级优先级

②设置抢占优先级和子优先级位数，一般为了简单起见，会将所有的位数都设置为抢占优先级

③设置指定中断的ID的优先级，也就是设置外设优先级

简单总结：

1、 6U有8中中断类型

2、 GIC控制器有三类中断源，SPI、PPI、SGI；能设置中断优先级，抢占优先级和子优先级。

3、 CP15协处理器是开关I/D cache、MMU、获取GIC寄存器

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