Linux驱动架构之pinctrl子系统分析（一）

1、前言
在嵌入式系统中，许多SoC的内部都包含了pin控制器，通过芯片内部的pin控制器，我们可以配置一个或者一组引脚的状态和功能特性，Linux内核为了统一各SoC厂商的引脚管理，提供了pinctrl子系统。

2、引脚功能分类
嵌入式芯片手册往往有一个GPIO控制的章节来描述SoC的引脚如何进行配置，该描述具有大量的寄存器操作，但是通过配置这些寄存器实现的功能基本有三类，如下：

（1）通过设置pin controller硬件的控制单元，可以实现

（1.1）引脚的功能配置，例如设定I/O引脚是普通的GPIO输入输出功能，还是具有特殊功能的引脚；

（1.2）引脚特性配置，例如引脚内部的上/下拉电阻和驱动强度的设定。

（2）如果一组pin被配置成SPI，则将会和SPI controller连接，如果配置成了GPIO，则将会和GPIO controller进行连接，通过配置GPIO controller的寄存器，可以实现
（2.1）设置GPIO的方向，例如输入或者输出；
（2.2）当GPIO设置为输出方向时，能够设定该引脚的电平是高电平还是低电平；
（2.3）当GPIO设置为输入方向时，能够读取该引脚的电平状态。

（3）如果IO口具有中断控制功能时，通过访问IO口的中断控制寄存器，可以实现
（3.1）设置中断控制是否使能；
（3.2）设置中断的触发方式，例如上升沿/下降沿触发；
（3.3）通过设置寄存器将中断状态清除。

3、通过软件抽象来掩盖硬件差异
在Linux的内核的pinctrl系统架构中，使用了3个软件模块来对应上述的三类功能，如下：
（1）pinctrl子系统，用于pin controller硬件的驱动软件子系统；
（2）GPIO subsystem，用于GPIO controller硬件的驱动软件子系统；
（3）GPIO interrupt chip driver，该模块作为interrupt subsystem的底层硬件驱动模块存在。
下图为pinctrl subsystem的模块图：

底层的specific pin controller driver是硬件相关的模块，与嵌入式SoC相关，pin control core模块是一个与硬件无关的模块，它抽象了所有pin controller的硬件特性，它对用户（other driver）提供了顶层的接口函数，因此，用户不再需要关注pin controller的硬件底层相关知识。

下图则是GPIO subsystem的模块图：

该软件框架图和pinctrl subsystem的软件框架图一样，其软件抽象的思想是一样的，内部的具体实现不一样。

4、pinctrl子系统相关文件

（1）核心源文件
在kernel/drivers/pinctrl目录下，包含了pinctrl子系统的核心驱动文件：

在最后的源文件pinctrl-xxx.c，举个例子，例如高通msm提供的pinctrl子系统底层驱动文件有如下文件pinctrl-msm.c、pinctrl-msm.h、pinctrl-msm-tlmm.c。

（2）内核模块提供的接口文件
Linux内核中很多模块需要用到pinctrl子系统的服务，因此需要提供pinctrl子系统的外部接口和相关的数据结构，这些头文件在kernel/include/linux/pinctrl目录下，列表如下：

（3）与SoC相关的底层pinctrl子系统驱动接口
pinctrl子系统提供给底层驱动实现的头文件如下：

5、pinctrl子系统与其它内核模块关系

pinctrl子系统与其它内核模块的关系图如下所示：

在上图可以看到，GPIO子系统的管理归属于pinctrl子系统，并且pinctrl子系统与设备驱动模型也有密切的联系。