pinctrl子系统和gpio子系统虽然难度不大，但在内核里的使用率非常高，本文争取一次性把相关内容介绍一遍。
pinctrl
数据结构
使用struct pinctrl_desc抽象一个pin controller，该结构的定义如下：
struct pinctrl_desc { const char *name; const struct pinctrl_pin_desc *pins; unsigned int npins; const struct pinctrl_ops *pctlops; const struct pinmux_ops *pmxops; const struct pinconf_ops *confops; struct module *owner; #ifdef CONFIG_GENERIC_PINCONF unsigned int num_custom_params; const struct pinconf_generic_params *custom_params; const struct pin_config_item *custom_conf_items; #endif };pins
变量pins和npins把系统中所有的pin描述出来，并建立索引。驱动为了和具体的pin对应上，再将这些pin组织成一个struct pinctrl_pin_desc类型的数组，该类型的定义为：
struct pinctrl_pin_desc { unsigned number; const char *name; void *drv_data; };pin groups
SoC中，有时需要将很多pin组合在一起，以实现特定的功能，例如uart接口、i2c接口等。因此pin controller需要以group为单位，访问、控制多个 pin，这就是pin groups。
pinctrl core在struct pinctrl_ops中抽象出三个回调函数，用来获取pin groups相关信息，如下：
struct pinctrl_ops { //获取系统中pin groups的个数，后续的操作，将以相应的索引为单位（类似数组的下标，个数为数组的大小） int (*get_groups_count) (struct pinctrl_dev *pctldev); //获取指定group（由索引selector指定）的名称 const char *(*get_group_name) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector); //获取指定group的所有pins（由索引selector指定），结果保存在pins（指针数组）和num_pins（指针）中 int (*get_group_pins) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector, const unsigned **pins, unsigned *num_pins); void (*pin_dbg_show) (struct pinctrl_dev *pctldev, struct seq_file *s, unsigned offset); //用于将device tree中的pin state信息转换为pin map int (*dt_node_to_map) (struct pinctrl_dev *pctldev, struct device_node *np_config, struct pinctrl_map **map, unsigned *num_maps); void (*dt_free_map) (struct pinctrl_dev *pctldev, struct pinctrl_map *map, unsigned num_maps); };group的组织方式是由驱动决定的。
pin configuration
除了上面的pin和pin group，有些管脚可以配置，比如上拉、下拉，高阻等。pin configuration来封装这些功能，具体体现在struct pinconf_ops数据结构中，如下：
struct pinconf_ops { #ifdef CONFIG_GENERIC_PINCONF bool is_generic; #endif //获取指定 pin 的当前配置，保存在 config 指针中 int (*pin_config_get) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned pin, unsigned long *config); //设置指定pin的配置 int (*pin_config_set) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned pin, unsigned long *configs, unsigned num_configs); //获取指定pin group的配置项 int (*pin_config_group_get) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector, unsigned long *config); //设置指定pin group的配置项 int (*pin_config_group_set) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector, unsigned long *configs, unsigned num_configs); ......pin mux
为了兼容不同的应用场景，有很多管脚可以配置为不同的功能，例如A和B两个管脚，既可以当作普通的GPIO使用，又可以配置为I2C的的SCL和SDA，也可以配置为UART的TX和RX，这称作管脚的复用（简称pin mux）。使用struct pinmux_ops来抽象pin mux有关的操作，如下：
struct pinmux_ops { //检查某个pin是否已作它用，用于管脚复用时的互斥 int (*request) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned offset); //request的反操作 int (*free) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned offset); //获取系统中function的个数 int (*get_functions_count) (struct pinctrl_dev *pctldev); //获取指定function的名称 const char *(*get_function_name) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector); //获取指定function所占用的pin group int (*get_function_groups) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector, const char * const **groups, unsigned *num_groups); //将指定的pin group（group_selector）设置为指定的function（func_selector） int (*set_mux) (struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned func_selector, unsigned group_selector); //以下是gpio相关的操作 int (*gpio_request_enable) (struct pinctrl_dev *pctldev, struct pinctrl_gpio_range *range, unsigned offset); void (*gpio_disable_free) (struct pinctrl_dev *pctldev, struct pinctrl_gpio_range *range, unsigned offset); int (*gpio_set_direction) (struct pinctrl_dev *pctldev, struct pinctrl_gpio_range *range, unsigned offset, bool input); //为true时，说明该pin controller不允许某个pin作为gpio和其它功能同时使用 bool strict; };pin state
根据前面的描述，pinctrl driver抽象出来了一些离散的对象：pin（pin group）、function、configuration，并实现了这些对象的控制和配置方式。然后我们回到某一个具体的device上（如 lpuart，usdhc）。一个设备在某一状态下（如工作状态、休眠状态等等），所使用的pin（pin group）、pin（pin group）的function和configuration，是唯一确定的。所以固定的组合可以确定固定的状态，在设备树里用pinctrl-names指明状态名字，pinctrl-x指明状态引脚。
pin map
pin state有关的信息是通过pin map收集，相关的数据结构如下：
struct pinctrl_map { //device的名称 const char *dev_name; //pin state的名称 const char *name; //该map的类型 enum pinctrl_map_type type; //pin controller device的名字 const char *ctrl_dev_name; union { struct pinctrl_map_mux mux; struct pinctrl_map_configs configs; } data; }; enum pinctrl_map_type { PIN_MAP_TYPE_INVALID, //不需要任何配置，仅仅为了表示state的存在 PIN_MAP_TYPE_DUMMY_STATE, //配置管脚复用 PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP, //配置pin PIN_MAP_TYPE_CONFIGS_PIN, //配置pin group PIN_MAP_TYPE_CONFIGS_GROUP, }; struct pinctrl_map_mux { //group的名字 const char *group; //function的名字 const char *function; }; struct pinctrl_map_configs { //该pin或者pin group的名字 const char *group_or_pin; //configuration数组 unsigned long *configs; //配置项的个数 unsigned num_configs; };pinctrl driver确定了pin map各个字段的格式之后，就可以在dts文件中维护pin state以及相应的mapping table。pinctrl core在初始化的时候，会读取并解析dts，并生成pin map。
而各个consumer，可以在自己的dts node中，直接引用pinctrl driver定义的pin state，并在设备驱动的相应的位置，调用pinctrl subsystem提供的 API（pinctrl_lookup_state，pinctrl_select_state），active或者deactive这些state。
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