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一、引言

在嵌入式系统中，SoC 芯片的引脚通常具有多种功能，如 GPIO、UART、I2C、SPI 等。为了在不同的应用场景中灵活配置引脚功能，Linux 内核引入了 pinctrl（Pin Control）子系统。该子系统提供了一种统一的机制，用于管理引脚的复用（pin multiplexing）、配置（pin configuration）以及状态管理。

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二、pinctrl 子系统概述

2.1 设计目标

pinctrl 子系统的主要目标包括：

• 引脚复用管理：允许将同一引脚配置为不同的功能，如 GPIO、UART 等。
• 引脚配置管理：设置引脚的电气属性，如上拉/下拉、电平驱动能力等。
• 状态管理：支持根据设备的不同工作状态（如正常、休眠）切换引脚配置。
  

2.2 核心组件

pinctrl 子系统的核心组件包括：

• pinctrl_dev：表示一个 pin 控制器设备。
• pinctrl_desc：描述 pin 控制器的结构体，定义了操作接口。
• pinctrl_ops：定义了 pin 控制器的操作函数集。
• pinmux_ops：定义了引脚复用的操作函数集。
• pinconf_ops：定义了引脚配置的操作函数集。

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三、设备树中的 pinctrl 配置

在设备树中，pinctrl 的配置通常包括以下几个部分：

3.1 pin 控制器节点

pinctrl: pinctrl@30330000 {compatible = "fsl,imx8mp-iomuxc";reg = <0x30330000 0x10000>;#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;
};

3.2 引脚配置节点

pinctrl_uart1: uart1grp {fsl,pins = <MX8MP_IOMUXC_UART1_TXD__UART1_DCE_TX 0x1c4MX8MP_IOMUXC_UART1_RXD__UART1_DCE_RX 0x1c4>;
};

3.3 设备节点引用

&uart1 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;status = "okay";
};

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四、pinctrl 驱动的实现

以 i.MX8MP 平台为例，其 pinctrl 驱动位于 drivers/pinctrl/freescale/pinctrl-imx8mp.c。该驱动主要完成以下任务：

4.1 定义引脚描述

static const struct pinctrl_pin_desc imx8mp_pinctrl_pins[] = {PINCTRL_PIN(0, "GPIO0_IO00"),PINCTRL_PIN(1, "GPIO0_IO01"),// ...
};

4.2 实现操作函数集

static const struct pinctrl_ops imx8mp_pinctrl_ops = {.get_groups_count = imx_pinctrl_get_groups_count,.get_group_name = imx_pinctrl_get_group_name,.get_group_pins = imx_pinctrl_get_group_pins,.dt_node_to_map = imx_pinctrl_dt_node_to_map,.dt_free_map = imx_pinctrl_dt_free_map,
};

4.3 注册 pin 控制器

static int imx8mp_pinctrl_probe(struct platform_device *pdev)
{return imx_pinctrl_probe(pdev, &imx8mp_pinctrl_data);
}

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五、驱动中使用 pinctrl API

在设备驱动中，可以使用以下 API 来获取和设置引脚状态：

struct pinctrl *pinctrl;
struct pinctrl_state *state;pinctrl = devm_pinctrl_get(&pdev->dev);
state = pinctrl_lookup_state(pinctrl, "default");
pinctrl_select_state(pinctrl, state);

这些 API 允许驱动在运行时切换引脚的配置状态，例如在设备进入休眠或唤醒时。

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六、实战案例：配置 UART 引脚

以配置 UART1 的引脚为例，设备树中的配置如下：

pinctrl_uart1: uart1grp {fsl,pins = <MX8MP_IOMUXC_UART1_TXD__UART1_DCE_TX 0x1c4MX8MP_IOMUXC_UART1_RXD__UART1_DCE_RX 0x1c4>;
};&uart1 {pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;status = "okay";
};

在驱动中，可以使用上述的 pinctrl API 来设置引脚状态。

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七、pinctrl 与 GPIO 子系统的关系

pinctrl 子系统与 GPIO 子系统密切相关。通常，GPIO 控制器是 pin 控制器的一个子集。pinctrl 子系统负责引脚的复用和配置，而 GPIO 子系统负责引脚的输入输出操作。

在某些平台上，pinctrl 驱动需要注册 GPIO 范围，以便 GPIO 子系统能够正确地映射引脚。例如：

static struct pinctrl_gpio_range imx8mp_gpio_ranges[] = {{.name = "gpio1",.id = 0,.base = 0,.pin_base = 0,.npins = 32,.gc = &gpio1_chip,},// ...
};

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八、总结

pinctrl 子系统为 Linux 内核提供了一个统一的引脚管理机制，使得驱动开发者可以方便地配置引脚的复用和电气属性。通过设备树的配置和驱动中的 API 调用，pinctrl 子系统简化了引脚管理的复杂性，提高了驱动的可移植性和可维护性。

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