一文搞懂 | Linux pinctrl/gpio子系统
内容提要
本文介绍了pinctrl子系统和gpio子系统在内核中的应用，包括引脚控制器的抽象、pin groups的功能实现、pin configuration的配置、pin mux的操作、pinctrl driver的信息收集，以及gpio子系统的GPIO控制器和引脚表示、设备树中的配置、gpio ranges的转换和pinctrl core的接口申请。
延伸解读
pinctrl与gpio的层次关系
文章指出，pinctrl子系统管理所有管脚，而GPIO只是管脚的一种用途。因此，GPIO子系统在申请管脚时，需要向pinctrl子系统请求，并将管脚配置为GPIO功能。这种设计意味着GPIO驱动不能绕过pinctrl直接操作硬件，必须通过pinctrl core提供的接口（如pinctrl_request_gpio）进行协调。理解这一点有助于在驱动开发中正确处理资源申请和功能复用。
设备树中的状态与映射机制
在设备树中，pinctrl驱动为每个设备定义多种pin state（如default、sleep），consumer驱动通过pinctrl-names和pinctrl-x引用这些状态。pinctrl core在初始化时解析设备树，将状态信息转换为pin map，供驱动调用pinctrl_select_state时使用。这种机制将硬件配置与驱动逻辑分离，使得同一驱动可以适配不同板级的引脚配置，提高了代码的可移植性。
GPIO子系统的两套接口与资源管理
GPIO子系统提供基于描述符（gpiod_前缀）和老式（gpio_前缀）两套接口。文章建议使用devm_版本的函数，因为其自动释放资源的机制可以简化错误处理。例如，在申请GPIO后若后续内存申请失败，使用devm函数可以避免手动释放GPIO，减少资源泄漏风险。这反映了内核驱动开发中资源管理的最佳实践。
gpio ranges的转换作用
pinctrl子系统维护gpio number到pin number的映射（gpio ranges）。当GPIO驱动调用pinctrl_request_gpio时，pinctrl core会查找gpio ranges链表，将GPIO编号转换为对应的pin编号，然后调用pinmux_ops中的回调函数（如gpio_request_enable）来申请管脚。这一转换机制确保了GPIO子系统与pinctrl子系统之间的正确对接，是两者耦合的关键环节。
Q&A
pinctrl子系统的主要功能是什么？
pinctrl子系统主要用于管理引脚控制器，提供引脚的抽象、配置和复用功能。
GPIO子系统如何表示和控制引脚？
GPIO子系统通过gpio_device和gpio_chip结构体来表示和控制GPIO引脚。
如何在设备树中配置GPIO控制器？
在设备树中，GPIO控制器通过节点定义，使用属性引用特定引脚，并指定GPIO组和引脚的有效电平。
pinctrl driver在初始化时需要注册哪些操作函数？
pinctrl driver在初始化时需要注册三类操作函数：pctlops、pmxops和confops。
pin mux的作用是什么？
pin mux允许引脚配置为不同功能，以适应不同的应用场景，如将引脚配置为GPIO或I2C功能。
如何使用GPIO子系统的devm版本函数？
建议使用devm版本的函数以自动管理资源，确保在设备销毁时自动释放已申请的GPIO资源。
