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最近要深一步用到GPIO口控制，写个博客记录下Kernel层的GPIO学习过程！
一、概念
General Purpose Input Output （通用输入/输出）简称为GPIO，或 总线扩展器。也就是芯片的引脚，当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能。通常在ARM里，所有I/O都是通用的，
每个GPIO端口包含8个管脚，如PA端口是PA0～PA7,而且GPIO口至少有两个寄存器，即"通用IO控制寄存器"与"通用IO数据寄存器"。数据寄存器的各位都直接引到芯片外部，而对这种寄存器中每一位的作用，即每一位的信号流通方向，则可以通过控制寄存器中对应位独立地加以设置。比如，可以设置某个引脚的属性为输入、输出或其他特殊功能。
常用的应该是：高阻输入、推挽输出、开漏输出。
通俗理解为 ：
高阻输入—— 保持高阻抗状态，彻底断开输出，避免干扰，对总线状态不起作用，此时总线可由其他器件占用。
推挽输出——可以输出高,低电平,连接数字器件。
开漏输出——输出端相当于三极管的集电极. 要得到高电平状态需要上拉电阻才行。
软件上就是通过设置IO口的模式，然后控制IO的上拉下拉，写入对应寄存器，通过寄存器控制电路：
上拉寄存器是控制对应端口上拉使能(DE)的。当对应位为0时，设置对应引脚上拉使能，为1时，禁止对应引脚上拉使能。如果上拉寄存器使能，无论引脚功能寄存器如何设置（输入，输出，数据，中断等），对应引脚输出高电平。
上拉是一个电阻接到一个电压，其实就是增强IO的驱动能力，IO口是高电平。下拉是一个电阻接到地，保证IO口是低电平。
二、kernel层调用接口实现
GPIO操作，在Kernel 2.6.32版本以上提供了gpio口管理的库文件/kernel/drivers/gpio/gpiolib.c，里面就是我们需要的接口函数实现！
几个主要的方法：
申请一个pin脚作为gpio口，命名为 * label,如果经过判断空闲的 申请成功了做一些初始的bit位设置。
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label){struct gpio_desc *desc;struct gpio_chip *chip;int status = -EINVAL;unsigned long flags;spin_lock_irqsave(&gpio_lock, flags);...if (test_and_set_bit(FLAG_REQUESTED, &desc->flags) == 0)...} 释放这个gpio口，还原bit。
void gpio_free(unsigned gpio){ unsigned long flags; struct gpio_desc *desc; struct gpio_chip *chip; might_sleep();...clear_bit(FLAG_ACTIVE_LOW, &desc->flags);clear_bit(FLAG_REQUESTED, &desc->flags);clear_bit(FLAG_OPEN_DRAIN, &desc->flags);clear_bit(FLAG_OPEN_SOURCE, &desc->flags);...}
设置gpio口为输入模式：
int gpio_direction_input(unsigned gpio){ unsigned long flags; struct gpio_chip *chip; struct gpio_desc *desc = &gpio_desc[gpio]; int status = -EINVAL; spin_lock_irqsave(&gpio_lock, flags); if (!gpio_is_valid(gpio)) goto fail; chip = desc->chip;... status = chip->direction_input(chip, gpio);...} 其中的chip->direction_input(chip, gpio)为实现！
设置gpio口为输出模式 value为初始值 0为高电平/1为低电平：
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value){ unsigned long flags; struct gpio_chip *chip; struct gpio_desc *desc = &gpio_desc[gpio]; int status = -EINVAL; /* Open drain pin should not be driven to 1 */ if (value && test_bit(FLAG_OPEN_DRAIN, &desc->flags)) return gpio_direction_input(gpio);... status = chip->direction_output(chip, gpio, value);...}
其中的chip->direction_output(chip, gpio, value)为实现！
设置gpio口的值：
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value){ struct gpio_chip *chip; chip = gpio_to_chip(gpio); WARN_ON(chip->can_sleep); trace_gpio_value(gpio, 0, value); if (test_bit(FLAG_OPEN_DRAIN, &gpio_desc[gpio].flags)) _gpio_set_open_drain_value(gpio, chip, value); else if (test_bit(FLAG_OPEN_SOURCE, &gpio_desc[gpio].flags)) _gpio_set_open_source_value(gpio, chip, value); else chip->set(chip, gpio - chip->base, value);} 获取gpio口的值：
int __gpio_get_value(unsigned gpio){ struct gpio_chip *chip; int value; chip = gpio_to_chip(gpio); WARN_ON(chip->can_sleep); value = chip->get ? chip->get(chip, gpio - chip->base) : 0; trace_gpio_value(gpio, 1, value); return value;}
对于有些挂载在I2C，SPI总线上的扩展GPIO，读写操作可能会导致睡眠，因此不能在中断函数中
使用。使用下面的函数以区别于正常的GPIO
int gpio_get_value_cansleep(unsigned gpio);//读GPIO void gpio_set_value_cansleep(unsigned gpio, int value);//写GPIO
三、gpiolib.c关联芯片接口
以上为gpiolib.c的基本方法都是向下调用到对应芯片的gpio实现！
所以每个方法里面的实现都是通过 struct gpio_chip*chip 这个指针调用结构体中关联的相关接口！
下面是gplolib怎么关联到特定的芯片（mach-at91）的几个主要方法：
mach-at91的/kernel/arch/arm/mach-at91/gpio.c中的
static struct at91_gpio_chip gpio_chip[] = { AT91_GPIO_CHIP("A", 0x00 + PIN_BASE, 32), AT91_GPIO_CHIP("B", 0x20 + PIN_BASE, 32), AT91_GPIO_CHIP("C", 0x40 + PIN_BASE, 32), AT91_GPIO_CHIP("D", 0x60 + PIN_BASE, 32), AT91_GPIO_CHIP("E", 0x80 + PIN_BASE, 32),};
gpiolib.c中的接口与mach-at91函数接口对应关系如下：
#define AT91_GPIO_CHIP(name, base_gpio, nr_gpio) \ { \ .chip = { \ .label = name, \ .direction_input = at91_gpiolib_direction_input, \ .direction_output = at91_gpiolib_direction_output, \ .get = at91_gpiolib_get, \ .set = at91_gpiolib_set, \ .dbg_show = at91_gpiolib_dbg_show, \ .base = base_gpio, \ .ngpio = nr_gpio, \ }, \ } 从上面可以看到 在gpiolib.c中的方法调用芯片（mach-at91）的映射关系：
比如：gpio_direction_output() 设置gpio口为输出模式中最终的实现调用chip->direction_output(chip, gpio, value)。
从上面可以看出来，也就是调用mach-at91的at91_gpiolib_direction_output()!
其它的类似。
gpiolib.c中的
int gpiochip_add(struct gpio_chip *chip){ unsigned long flags; int status = 0; unsigned id; int base = chip->base; if ((!gpio_is_valid(base) || !gpio_is_valid(base + chip->ngpio - 1)) && base >= 0) { status = -EINVAL; goto fail; } spin_lock_irqsave(&gpio_lock, flags);....}
添加到结构体：
struct gpio_desc { struct gpio_chip *chip; unsigned long flags;/* flag symbols are bit numbers */#define FLAG_REQUESTED 0#define FLAG_IS_OUT 1#define FLAG_RESERVED 2...} 这就保存到了 chip 指针。
这一部分在Kernel初始化的时候调用执行！
四、芯片（mach-at91）gpio口的接口
由gpiolib.c根据映射调用对应接口
static int at91_gpiolib_direction_output(struct gpio_chip *chip, unsigned offset, int val){ struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip); void __iomem *pio = at91_gpio->regbase; unsigned mask = 1 << offset; __raw_writel(mask, pio + (val ? PIO_SODR : PIO_CODR)); __raw_writel(mask, pio + PIO_OER); return 0;} 定义为输出模式，初始设置val 上拉还是下拉 ， 写入数据寄存器。
#define PIO_SODR 0x30 /* Set Output Data Register */#define PIO_CODR 0x34 /* Clear Output Data Register */#define PIO_ODR 0x14 /* Output Disable Register */#define PIO_PDSR 0x3c /* Pin Data Status Register */
同样设置为输入：
static int at91_gpiolib_direction_input(struct gpio_chip *chip, unsigned offset){ struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip); void __iomem *pio = at91_gpio->regbase; unsigned mask = 1 << offset; __raw_writel(mask, pio + PIO_ODR); return 0;}
设置GPIO口的value 值 0或者1,已经设置为输出模式下：
static void at91_gpiolib_set(struct gpio_chip *chip, unsigned offset, int val){ struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip); void __iomem *pio = at91_gpio->regbase; unsigned mask = 1 << offset; __raw_writel(mask, pio + (val ? PIO_SODR : PIO_CODR));}
读寄存器获取该GPIO口的值：
static int at91_gpiolib_get(struct gpio_chip *chip, unsigned offset){ struct at91_gpio_chip *at91_gpio = to_at91_gpio_chip(chip); void __iomem *pio = at91_gpio->regbase; unsigned mask = 1 << offset; u32 pdsr; pdsr = __raw_readl(pio + PIO_PDSR); return (pdsr & mask) != 0;}
大体流程就这样了。
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