第三章 GPIO驱动适配：从控制器到用户空间

GPIO，说白了就是芯片的「手脚」。你要让LED亮、检测按键按下、或者跟某个外设握个手，都得靠它。这一章我带你走一遍Tina Linux下GPIO适配的完整路径——从控制器驱动框架，到设备树描述，再到用户空间怎么玩，最后搞一个中断配置实战。

3.1 GPIO控制器驱动框架

Linux内核的GPIO子系统，其实分了三层：

• 底层：芯片厂商实现的GPIO控制器驱动，操作寄存器
• 中间层：gpiolib核心代码，提供统一的API接口
• 上层：消费者驱动或用户空间，通过标准接口使用GPIO

我在项目中遇到过好几次，有人直接在板级文件里写死GPIO号，换了个内核版本就崩了。原因就是没理解这个分层——你该操作的是gpiolib提供的句柄，而不是硬编码的物理引脚号。

来看一个典型的GPIO控制器驱动注册流程：

static const struct gpio_chip my_gpio_chip = {
    .label          = "my-gpio",
    .direction_input  = my_gpio_direction_input,
    .direction_output = my_gpio_direction_output,
    .get            = my_gpio_get,
    .set            = my_gpio_set,
    .request        = my_gpio_request,
    .free           = my_gpio_free,
    .base           = -1,                // 动态分配基号
    .ngpio          = 32,                // 32个引脚
    .can_sleep      = false,
};

static int my_gpio_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct gpio_chip *chip = &my_gpio_chip;
    chip->parent = &pdev->dev;
    return gpiochip_add(chip);           // 注册到gpiolib
}

这里有个关键点：base = -1。我建议你永远用动态分配，别自己指定基号。为什么？因为多个GPIO控制器可能冲突，你指定了100，别人也指定了100，就打架了。动态分配让内核帮你协调，省心。

回调函数	作用	注意事项
direction_input	设置引脚为输入	需要配置内部上拉/下拉
direction_output	设置引脚为输出并赋初值	初值要在函数内完成
get	读取引脚电平	注意去抖处理
set	设置引脚电平	输出值要缓存
request	申请引脚时的钩子	可以做时钟使能
free	释放引脚时的钩子	记得关时钟

3.2 设备树中GPIO描述

设备树是Tina Linux的灵魂。GPIO在设备树里怎么描述？我直接给你看一个实际例子：

// GPIO控制器节点
gpio0: gpio@2000000 {
    compatible = "allwinner,sun8i-gpio";
    reg = <0x02000000 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 64 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    #gpio-cells = <3>;           // 三个参数：bank, pin, 标志
    gpio-controller;
    #interrupt-cells = <3>;
    interrupt-controller;
};

// 消费者节点——一个LED
led {
    compatible = "gpio-leds";
    led-power {
        label = "power";
        gpios = <&gpio0 1 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;  // PB12
        default-state = "on";
    };
};

你注意看#gpio-cells = <3>这个属性。它告诉内核：每个GPIO引用需要3个参数。Allwinner的方案里，第一个是bank序号，第二个是pin序号，第三个是标志位。不同芯片可能不一样，有的只用2个cell。

GPIO标志位常用的几个宏：

• GPIO_ACTIVE_HIGH (0)：高电平有效
• GPIO_ACTIVE_LOW (1)：低电平有效
• GPIO_PULL_UP：使能上拉
• GPIO_PULL_DOWN：使能下拉

我曾经踩过一个坑：设备树里写的是GPIO_ACTIVE_LOW，但驱动里没做电平反转。结果LED亮的时候，逻辑电平反而是低的。排查了半天，最后发现是设备树和驱动对「有效电平」的理解不一致。

3.3 用户空间GPIO操作

Tina Linux支持两种用户空间GPIO操作方式：老的sysfs接口和新的chardev接口。我建议你直接用chardev，也就是libgpiod。为什么？sysfs在5.x内核里已经标记为废弃了，新内核随时可能砍掉。

安装libgpiod工具：

# make menuconfig 中选中
# Utilities ---> gpio-utils ---> libgpiod-tools

常用命令一览：

命令	功能	示例
gpiodetect	列出所有GPIO控制器	gpiodetect
gpioinfo	查看控制器详细信息	gpioinfo gpiochip0
gpioset	设置引脚输出电平	gpioset gpiochip0 12=1
gpioget	读取引脚输入电平	gpioget gpiochip0 12
gpiomon	监控引脚中断事件	gpiomon gpiochip0 12

写个简单的C程序操作GPIO：

#include <gpiod.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    struct gpiod_chip *chip;
    struct gpiod_line *line;
    int ret;

    chip = gpiod_chip_open_by_name("gpiochip0");
    if (!chip) {
        perror("open chip failed");
        return -1;
    }

    line = gpiod_chip_get_line(chip, 12);  // 获取PB12
    if (!line) {
        perror("get line failed");
        gpiod_chip_close(chip);
        return -1;
    }

    ret = gpiod_line_request_output(line, "myapp", 0);
    if (ret < 0) {
        perror("request output failed");
        gpiod_chip_close(chip);
        return -1;
    }

    gpiod_line_set_value(line, 1);  // 输出高电平
    sleep(1);
    gpiod_line_set_value(line, 0);  // 输出低电平

    gpiod_line_release(line);
    gpiod_chip_close(chip);
    return 0;
}

编译时链接-lgpiod。嗯，这里要注意：gpiod_chip_open_by_name里的名字，得跟gpiodetect看到的一致。有的芯片叫gpiochip0，有的叫pinctrl-gpio，别写死了。

3.4 GPIO中断配置实战

终于到实战环节了。我们做一个按键中断的例子——按键按下时，打印一条日志。

先看设备树怎么配：

key {
    compatible = "my-company,my-key";
    gpios = <&gpio0 1 14 GPIO_ACTIVE_LOW>;  // PB14
    interrupts-extended = <&gpio0 1 14 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
};

驱动代码核心部分：

static irqreturn_t key_irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct my_key_dev *dev = dev_id;
    int val;

    val = gpiod_get_value(dev->gpiod);
    dev_info(dev->dev, "key pressed, value=%d\n", val);

    return IRQ_HANDLED;
}

static int key_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct device *dev = &pdev->dev;
    struct my_key_dev *key_dev;
    int ret, irq;

    key_dev = devm_kzalloc(dev, sizeof(*key_dev), GFP_KERNEL);
    if (!key_dev)
        return -ENOMEM;

    key_dev->dev = dev;

    // 获取GPIO描述符
    key_dev->gpiod = devm_gpiod_get(dev, NULL, GPIOD_IN);
    if (IS_ERR(key_dev->gpiod))
        return PTR_ERR(key_dev->gpiod);

    // 获取中断号
    irq = gpiod_to_irq(key_dev->gpiod);
    if (irq < 0)
        return irq;

    // 申请中断
    ret = devm_request_irq(dev, irq, key_irq_handler,
                           IRQF_TRIGGER_FALLING, "my-key", key_dev);
    if (ret)
        return ret;

    return 0;
}

中断触发类型怎么选？我一般这么判断：

• 按键：用下降沿或上升沿，配合去抖
• 电平敏感设备：用高电平或低电平触发
• 编码器：双边沿触发

去抖处理，我建议在硬件上加RC滤波，软件里再加10-20ms的延时判断。别只靠软件，硬件滤波能省你很多调试时间。

最后说一句：GPIO中断处理函数里，别做复杂操作。打印日志、调度工作队列、或者用bottom half机制。你想想看，中断上下文里调msleep？那系统直接死给你看。