📚 课程目录第3章 GPIO驱动开发

3. GPIO驱动开发：从控制器到中断实战

GPIO驱动，说白了就是让芯片的引脚听话——该输出时输出，该输入时输入，该触发中断时别掉链子。我在鸿蒙南向开发中接触过不少GPIO控制器，各家芯片的寄存器布局千奇百怪，但核心逻辑就那么几块。今天咱们就把GPIO驱动拆开揉碎，从控制器驱动讲到按键中断实战。

3.1 GPIO控制器驱动：管脚的总管家

每个GPIO控制器都管着一组引脚。控制器驱动要干三件事：

管脚复用配置——这个脚是当GPIO用，还是当I2C、UART用？
电气特性设置——上拉、下拉、开漏、推挽、驱动能力。
中断路由——哪个引脚能触发中断，触发边沿是什么。

我个人习惯把控制器驱动分成两层：

层次	职责	典型接口
HAL层	屏蔽寄存器差异，提供统一操作结构体	`GpioSetDir()`, `GpioWrite()`
Kernel层	直接操作寄存器，处理时钟和电源	`writel()`, `readl()`

嗯，这里要注意：鸿蒙的GPIO驱动框架在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/gpio下，它定义了一套标准操作集。你写控制器驱动时，只需要填充这个结构体：

struct GpioMethod {
    int32_t (*request)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio);
    int32_t (*release)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio);
    int32_t (*write)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio, uint16_t val);
    int32_t (*read)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio, uint16_t *val);
    int32_t (*setDir)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio, uint16_t dir);
    int32_t (*getDir)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio, uint16_t *dir);
    int32_t (*toIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio);
    int32_t (*setIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio, uint16_t mode);
    int32_t (*unsetIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio);
    int32_t (*enableIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio);
    int32_t (*disableIrq)(struct GpioCntlr *cntlr, uint16_t gpio);
};

我的经验：写setDir时，记得先读后写。有些芯片的GPIO方向寄存器和数据寄存器共用同一个地址，直接写会把数据搞乱。我曾经在这个坑里爬了整整一个下午。

3.2 GPIO操作接口：用户态怎么用？

控制器驱动写好了，上层应用怎么操作GPIO？鸿蒙提供了两组接口：

内核态接口：GpioCntlrWrite(), GpioCntlrRead() 等，驱动模块内部用。
用户态接口：通过HDF框架暴露，应用层调用 GpioWrite(), GpioRead()。

你想想看，用户态调用一次GpioWrite()，背后发生了什么？

应用调用HDF接口，传入gpio编号和值。
HDF框架根据gpio编号找到对应的控制器。
调用控制器驱动中的write方法。
驱动操作寄存器，引脚电平变化。

整个过程不到微秒级，但每一步都有校验。我个人建议你在调试阶段，把GpioCntlrWrite里加个打印，看看传入的gpio编号是不是你预期的那个。

3.3 中断注册与处理：让引脚主动说话

轮询太浪费CPU了。真正干活的方式是中断——引脚电平一变，CPU立刻知道。

中断注册流程大致如下：

步骤	操作	说明
1	`GpioCntlrToIrq()`	把gpio编号转成中断号
2	`request_irq()`	注册中断处理函数
3	`GpioCntlrSetIrq()`	设置触发边沿（上升沿/下降沿/双沿）
4	`GpioCntlrEnableIrq()`	使能中断

中断处理函数里要做什么？记住一条铁律：快进快出。不要在中断上下文里做耗时操作，比如打印、内存分配、互斥锁等待。正确的做法是：

读寄存器，确认中断源。
清中断标志位。
把数据塞进工作队列或tasklet。
退出。

避坑指南：我曾经在中断处理函数里调了printk，结果系统直接死锁。为什么？因为printk可能触发另一个中断，而那个中断优先级更高，反过来又调了同一个GPIO控制器……死循环了。中断里别干多余的事。

3.4 实战：按键中断驱动

理论说完了，咱们动手写一个按键中断驱动。硬件连接很简单：按键一端接GPIO，另一端接地。按下时引脚变低，松开时变高。我们要实现：按下按键，打印一条日志。

先看设备树配置（以Hi3516为例）：

gpio_keys {
    compatible = "hdf,gpio-key";
    gpios = <&gpio4 3 0>;  // GPIO4_3
    interrupt-parent = <&gpio4>;
    interrupts = <3 2>;     // 下降沿触发
    label = "user_key";
};

驱动代码核心部分：

#include "gpio_core.h"
#include "hdf_log.h"

#define KEY_GPIO_NUM   (4 * 8 + 3)  // GPIO4_3

static uint32_t g_irqNum = 0;

// 中断处理函数
static irqreturn_t KeyIrqHandler(int irq, void *devId)
{
    // 1. 读GPIO电平确认（防抖）
    uint16_t val;
    GpioCntlrRead(GetGpioCntlr(0), KEY_GPIO_NUM, &val);
    if (val == 1) {
        // 高电平，可能是抖动，忽略
        return IRQ_HANDLED;
    }

    // 2. 清中断标志（硬件相关）
    GpioCntlrUnsetIrq(GetGpioCntlr(0), KEY_GPIO_NUM);

    // 3. 上报事件（这里简化，直接打印）
    HDF_LOGI("Key pressed!");

    return IRQ_HANDLED;
}

int32_t KeyDriverInit(void)
{
    struct GpioCntlr *cntlr = GetGpioCntlr(0);
    if (cntlr == NULL) {
        return HDF_FAILURE;
    }

    // 设置GPIO为输入
    GpioCntlrSetDir(cntlr, KEY_GPIO_NUM, GPIO_DIR_IN);

    // 获取中断号
    g_irqNum = GpioCntlrToIrq(cntlr, KEY_GPIO_NUM);
    if (g_irqNum == 0) {
        return HDF_FAILURE;
    }

    // 注册中断
    if (request_irq(g_irqNum, KeyIrqHandler, IRQF_TRIGGER_FALLING,
                    "key_irq", NULL) != 0) {
        return HDF_FAILURE;
    }

    // 使能中断
    GpioCntlrSetIrq(cntlr, KEY_GPIO_NUM, GPIO_IRQ_TRIGGER_FALLING);
    GpioCntlrEnableIrq(cntlr, KEY_GPIO_NUM);

    HDF_LOGI("Key driver init success");
    return HDF_SUCCESS;
}

  关键点：中断处理函数里先读电平再清标志，这个顺序不能反。如果先清标志再读电平，可能漏掉第二次按键。我调试时遇到过，按一次触发两次中断，就是因为清标志的时机不对。

实际项目中，按键驱动还要处理：

软件防抖——用定时器延迟10~20ms再读电平。
长按/短按区分——记录按下时间，超过阈值算长按。
多按键矩阵——用行列扫描法，减少GPIO占用。

下面这张图展示了按键中断驱动的完整数据流：

最后说一句：按键中断驱动看起来简单，但它是理解整个GPIO子系统的最佳入口。你把这个跑通了，后面I2C、SPI设备的中断驱动，套路都差不多。嗯，动手试试吧。