7. 5.6: Работа с GPIO и подсистемой pin control

7.1. Цель

Разобраться, как ядро Linux взаимодействует с GPIO и подсистемой управления пинами (pin control), как использовать эти возможности в драйверах и описывать поведение пинов в Device Tree.

7.2. GPIO API в ядре

Для взаимодействия с GPIO до GPIO descriptor API использовались следующие функции:

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);
int gpio_direction_input(unsigned gpio);
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);
int gpio_get_value(unsigned gpio);
void gpio_set_value(unsigned gpio, int value);
void gpio_free(unsigned gpio);

Они по-прежнему доступны, но для новых драйверов предпочтителен gpiod_* API (descriptor-based GPIO).

7.3. Pin controller (pinctrl)

Pin controller (или pinmux/pinctrl) отвечает за:

выбор функции пина (GPIO, I2C, UART, SPI, PWM…),
управление подтяжкой (pull-up/pull-down),
направление (in/out),
активацию альтернативных функций.

Подсистема pinctrl может быть описана в Device Tree или вручную назначена драйвером.

7.4. Device Tree: pinmux и pinctrl

Пример назначения пинов через DT:

my_device {
    compatible = "vendor,mydev";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&mydev_pins>;

    // другие свойства
};

mydev_pins: mydev_pins {
    pins = "gpio17", "gpio27";
    function = "input";
    bias-pull-up;
};

Таким образом:

pinctrl-names = «default» — активный режим по умолчанию;
pinctrl-0 = <…> — ссылка на node с описанием режима;
function — режим работы пинов;
bias-pull-up/down — подтяжка.

7.5. Пример: GPIO-устройство (драйвер)

В модуле можно использовать:

int gpio = of_get_named_gpio(dev->of_node, "gpios", 0);
gpio_request(gpio, "mydev");
gpio_direction_input(gpio);
int val = gpio_get_value(gpio);

Или с использованием дескрипторов:

struct gpio_desc *desc;
desc = devm_gpiod_get(dev, "input", GPIOD_IN);
int val = gpiod_get_value(desc);

7.6. Интерфейс /sys/class/gpio

Это legacy-интерфейс, который позволяет экспортировать GPIO в userspace:

echo 17 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio17/direction
cat /sys/class/gpio/gpio17/value

Хотя он работает, в новых драйверах предпочтительно не использовать его напрямую.

7.7. Итог

Слой	Назначение
Device Tree	описание пинов, функций, режимов
pinctrl	выбор функции пина (alt, in, out, pull)
GPIO API	работа с состоянием пина (1/0)
Драйвер (C)	чтение/запись значений, регистрация
Userspace	доступ через /dev/ или sysfs (устаревший)

Следующий шаг — создать демонстрационный модуль gpio_toggle с управлением пином из /dev/mydev + описание DT.