📚 课程目录第2章 GPIO驱动开发

2、GPIO驱动开发：从寄存器到中断，一次讲透

GPIO，说白了就是芯片的“手脚”。你要让灯亮、让电机转、检测按键按下，都离不开它。瑞芯微RK系列平台的GPIO模块，设计得挺巧妙——它把GPIO和中断控制器揉在一起，用起来方便，但坑也不少。

我个人习惯，拿到一个新平台，第一件事就是翻GPIO控制器的寄存器手册。为什么？因为后面所有操作，本质上都是在摆弄这些寄存器。你想想看，gpiolib封装得再好，底层还是得读写那几个地址。

2.1 GPIO控制器寄存器详解

RK平台的GPIO控制器，每个Bank管理32个引脚。以RK3588为例，它有5个GPIO Bank（GPIO0~GPIO4）。每个Bank的寄存器基地址，在芯片手册里都能查到。

核心寄存器就那么几个，我列个表，你一看就明白：

寄存器名称	偏移地址	位宽	功能描述
SWPORTA_DR	0x0000	32位	数据输出寄存器。写1拉高，写0拉低。
SWPORTA_DDR	0x0004	32位	方向寄存器。1=输出，0=输入。
SWPORA_PSR	0x0008	32位	引脚状态寄存器。读这个得到引脚当前电平。
INTEN	0x0030	32位	中断使能寄存器。1=使能该引脚中断。
INTTYPE	0x0038	32位	中断类型。1=电平触发，0=边沿触发。
INT_POLARITY	0x003C	32位	中断极性。电平触发时：1=高电平，0=低电平；边沿触发时：1=下降沿，0=上升沿。
INTSTS	0x0040	32位	中断状态寄存器。读得知哪个引脚触发了中断，写1清除中断标志。

我的小技巧：调试时，我习惯先读SWPORA_PSR确认引脚电平，再配置DDR。这样可以快速排除硬件连接问题。曾经有个项目，死活读不到按键电平，折腾半天发现是DDR没配成输入——低级错误，但很容易犯。

2.2 GPIO操作接口：gpiolib的使用

直接操作寄存器当然可以，但内核提供了gpiolib，把底层封装好了。我建议你尽量用这套接口，代码可移植性好，也省得自己处理并发问题。

gpiolib的核心流程，我画了张图：

看明白了吗？流程很清晰。我重点说说几个容易踩坑的地方。

2.2.1 申请GPIO

用 gpio_request() 之前，你得先知道GPIO编号。RK平台里，GPIO编号的计算公式是：

gpio_number = bank * 32 + pin_offset

比如GPIO1_B5，bank=1，pin_offset=13（B组偏移8，再加5），所以编号是1*32+13=45。

注意：申请GPIO时，一定要检查返回值。我见过太多人直接忽略错误码，结果后面操作全失败，还找不到原因。曾经有个同事，gpio_request返回-EBUSY，他没管，结果驱动加载后GPIO完全不受控——查了两天才发现是pinctrl子系统已经把引脚占用了。

2.2.2 设置方向

设置方向有两个函数：

gpio_direction_input() —— 设为输入
gpio_direction_output() —— 设为输出，同时可以设置初始电平

这里有个细节：gpio_direction_output() 的第二个参数是初始值。我建议你显式传参，别依赖默认值。因为不同内核版本，默认行为可能不一样。

2.2.3 读写操作

读写就简单了：

// 读引脚
int val = gpio_get_value(gpio_num);

// 写引脚
gpio_set_value(gpio_num, 1);  // 拉高
gpio_set_value(gpio_num, 0);  // 拉低

嗯，这里要注意：gpio_set_value() 在原子上下文也能用，但如果你在进程上下文，建议用 gpio_set_value_cansleep()，它内部会处理可能导致的睡眠问题。

2.3 GPIO中断配置与调试

GPIO中断，是驱动开发里最常用的功能之一。按键、传感器、外设状态变化，都靠它来通知CPU。

配置中断的步骤，我总结为四步走：

申请GPIO并设为输入 —— 中断引脚必须是输入模式
获取中断号 —— 用 gpio_to_irq() 把GPIO编号转成中断号
注册中断处理函数 —— 用 request_irq() 或 devm_request_irq()
实现中断处理 —— 在顶半部做紧急处理，底半部用tasklet或workqueue

代码示例，我写个按键中断的典型实现：

#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/gpio.h>

#define KEY_GPIO 45  // GPIO1_B5

static irqreturn_t key_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    // 顶半部：只做最紧急的事
    // 比如设置标志位，唤醒等待队列
    // 不要在这里做耗时操作！
    
    return IRQ_WAKE_THREAD;  // 唤醒线程化中断处理
}

static irqreturn_t key_irq_thread(int irq, void *dev_id)
{
    // 底半部：在这里做实际处理
    // 比如上报输入事件、打印日志
    int val = gpio_get_value(KEY_GPIO);
    pr_info("Key pressed, value=%d\n", val);
    
    return IRQ_HANDLED;
}

static int __init key_drv_init(void)
{
    int ret, irq;
    
    // 1. 申请GPIO
    ret = gpio_request(KEY_GPIO, "key-gpio");
    if (ret) {
        pr_err("Failed to request GPIO %d\n", KEY_GPIO);
        return ret;
    }
    
    // 2. 设为输入
    gpio_direction_input(KEY_GPIO);
    
    // 3. 获取中断号
    irq = gpio_to_irq(KEY_GPIO);
    if (irq < 0) {
        pr_err("Failed to get IRQ for GPIO %d\n", KEY_GPIO);
        gpio_free(KEY_GPIO);
        return irq;
    }
    
    // 4. 注册中断（线程化，下降沿触发）
    ret = request_threaded_irq(irq, key_irq_handler, key_irq_thread,
                               IRQF_TRIGGER_FALLING, "key-irq", NULL);
    if (ret) {
        pr_err("Failed to request IRQ %d\n", irq);
        gpio_free(KEY_GPIO);
        return ret;
    }
    
    pr_info("Key driver initialized, IRQ=%d\n", irq);
    return 0;
}

    关键点：我为什么用 request_threaded_irq() 而不是 request_irq()？因为线程化中断可以把大部分工作放到内核线程里做，不会阻塞其他中断。这在RK平台上特别有用——它的中断控制器支持嵌套中断，但处理不好容易导致中断丢失。

2.3.1 中断触发类型

RK平台的GPIO中断支持四种触发方式：

触发标志	含义	适用场景
IRQF_TRIGGER_RISING	上升沿触发	按键按下（从低到高）
IRQF_TRIGGER_FALLING	下降沿触发	按键按下（从高到低）
IRQF_TRIGGER_HIGH	高电平触发	电平敏感型外设
IRQF_TRIGGER_LOW	低电平触发	电平敏感型外设

避坑指南：我曾经在一个项目里，用上升沿触发检测按键，结果按键按下一次，中断触发了七八次。为什么？因为按键有机械抖动！解决办法：要么硬件加RC滤波，要么软件做去抖——在中断处理里加一个10~20ms的延时再读电平。我建议两种都做，硬件滤波+软件去抖，双保险。

2.3.2 中断调试技巧

调试GPIO中断，我常用的三板斧：

看中断计数： cat /proc/interrupts | grep gpio，看中断有没有触发，触发了多少次
看GPIO状态： cat /sys/kernel/debug/gpio，确认引脚方向、电平、使用情况
加调试打印： 在中断处理函数里加 pr_info，但注意别打太多，否则影响性能

嗯，这里有个小技巧：如果中断没触发，先别急着查代码。拿万用表量一下引脚电平，确认硬件连接没问题。我遇到过好几次，都是飞线虚焊导致的问题。

2.4 本章小结

GPIO驱动开发，说难不难，说简单也不简单。核心就三件事：

寄存器层面： 搞清楚SWPORTA_DR、DDR、PSR、INTEN、INTSTS这几个寄存器怎么用
接口层面： 熟练使用gpiolib的request、direction、get/set、to_irq、free这套流程
中断层面： 掌握中断配置四步法，注意去抖和线程化处理

把这些搞透了，RK平台上的GPIO驱动，你基本就拿下了一半。剩下的，就是多写多练，踩坑多了自然就熟了。