Linux Pin Control 子系统

Pin Control Subsystem是Linux内核抽象出的一套用于控制硬件引脚的一套子系统。

1、源文件列表

源码位于linux/drivers/pinctrl目录下，源文件列表如下：

文件名	描述
core.c core.h	pin control subsystem的core driver
pinctrl-utils.c pinctrl-utils.h	pin control subsystem的一些utility接口函数
pinmux.c pinmux.h	pin control subsystem的core driver(pin muxing部分的代码，也称为pinmux driver)
pinconf.c pinconf.h	pin control subsystem的core driver(pin config部分的代码，也称为pin config driver)
devicetree.c devicetree.h	pin control subsystem的device tree代码
pinctrl-xxxx.c	各种pin controller的low level driver。

在pin controller driver文档中 ，我们以2416的pin controller为例，描述了一个具体的low level的driver，这个driver涉及的文件包括pinctrl-samsung.c，pinctrl-samsung.h和pinctrl-s3c24xx.c，具体位于ux/drivers/pinctrl/samsung目录。

2、和其他内核模块接口头文件

很多内核的其他模块需要用到pin control subsystem的服务，这些头文件就定义了pin control subsystem的外部接口以及相关的数据结构。我们整理linux/include/linux/pinctrl目录下pin control subsystem的外部接口头文件列表如下（在4.1内核中已经找不到以下文件）：

文件名	描述
consumer.h	其他的driver要使用pin control subsystem的下列接口：  a、设置引脚复用功能  b、配置引脚的电气特性  这时候需要include这个头文件
devinfo.h	这是for linux内核的驱动模型模块（driver model）使用的接口。struct device中包括了一个struct dev_pin_info    *pins的成员，这个成员描述了该设备的引脚的初始状态信息，在probe之前，driver model中的core driver在调用driver的probe函数之前会先设定pin state
machine.h	和machine模块的接口。

3、Low level pin controller driver接口

我们整理linux/include/linux/pinctrl目录下pin control subsystem提供给底层specific pin controller driver的头文件列表如下：

文件名	描述
pinconf-generic.h	这个接口主要是提供给各种pin controller driver使用的，不是外部接口。
pinconf.h	pin configuration 接口
pinctrl-state.h	pin control state状态定义
pinmux.h	pin mux function接口

pin control subsystem的主要功能包括：

（A）管理系统中所有可以控制的pin。在系统初始化的时候，枚举所有可以控制的pin，并标识这些pin。

（B）管理这些pin的复用（Multiplexing）。对于SOC而言，其引脚除了配置成普通GPIO之外，若干个引脚还可以组成一个pin group，形成特定的功能。例如pin number是{ 0, 8, 16, 24 }这四个引脚组合形成一个pin group，提供SPI的功能。pin control subsystem要管理所有的pin group。

（C）配置这些pin的特性。例如配置该引脚上的pull-up/down电阻，配置drive strength等。

Pin Control Subsystem和GPIO subsystem交互

为何pin control subsystem要和GPIO subsystem交互？

作为软件工程师，我们期望的硬件设计应该如下图所示：

GPIO的HW block应该和其他功能复用的block是对等关系的，它们共同输入到一个复用器block，这个block的寄存器控制哪一个功能电路目前是active的。pin configuration是全局的，不论哪种功能是active的，都可以针对pin进行电气特性的设定。这样的架构下，上图中红色边框的三个block是完全独立的HW block，其控制寄存器在SOC datasheet中应该是分成三个章节描述，同时，这些block的寄存器应该分别处于不同的地址区间。

对于软件工程师，我们可以让pin control subsystem和GPIO subsystem完全独立，各自进行初始化，各自映射自己的寄存器地址空间，对于pin control subsystem而言，GPIO和其他的HW block没有什么不同，都是使用自己提供服务的一个软件模块而已。然而实际上SOC的设计并非总是向软件工程师期望的那样，有的SOC的设计框架图如下：

这时候，GPIO block是alway active的，而红色边框的三个block是紧密的捆绑在一起，它们的寄存器占据了一个memory range（datasheet中用一个章节描述这三个block）。这时候，对于软件工程师来说就有些纠结了，本来不属于我的GPIO控制也被迫要参与进来。这时候，硬件寄存器的控制都是pin controller来处理，GPIO相关的操作都要经过pin controller driver，这时候，pin controller driver要作为GPIO driver的back-end出现。

Reprinted From:http://www.wowotech.net/gpio_subsystem/pin-control-subsystem.html