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- 专栏地址：总线和设备树
- 设备树与 Linux 内核设备驱动模型的整合-CSDN博客
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前言
Linux 4.x内核文档
- Documentation\pinctrl.txt?pinctrl.txt
- Documentation\devicetree\bindings\pinctrl\pinctrl-bindings.txt?pinctrl-bindings.txt
- arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dts
- arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull-14x14.dts
- drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx6ul.c?pinctrl-imx6ul.c
- drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx.c?pinctrl-imx.c
主要讲解pincontroller中设备树是如何去定义的，以及其驱动程序是如何去对设备树中节点的相关引脚去进行解析、获取相关信息并存储进imx_pinctrl_soc_info结构体当中。
1.设备树
对应的驱动程序：drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx6ul.c?pinctrl-imx6ul.c，这要是涉及具体的单板，内部还是会调用到pinctrl-imx.c中提供的通用的函数，具体往下面看。
2.驱动代码执行流程
主要函数是pinrctrl-imx6ull.c中的imx6ul_pinctrl_probe：
drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx6ul.c：
static int imx6ul_pinctrl_probe(struct platform_device *pdev)
{
const struct of_device_id *match;
struct imx_pinctrl_soc_info *pinctrl_info;
// 1. 使用设备树匹配表（imx6ul_pinctrl_of_match）查找是否有匹配的设备节点
//通过 of_match_device 函数，将设备树中定义的设备节点与 pdev->dev 设备的 compatible 属性进行匹配。
match = of_match_device(imx6ul_pinctrl_of_match, &pdev->dev);
// 2. 如果没有找到匹配项，返回 -ENODEV，表示没有此设备
if (!match)
return -ENODEV;
// 3. 取出匹配的设备信息数据（即 pinctrl 的配置信息），并将它转换成合适的数据结构类型
//match->data 存储了当前 SoC 的 pinctrl 信息，如引脚映射表等内容。通过类型转换将其解析为 struct imx_pinctrl_soc_info 类型，便于后续操作。
pinctrl_info = (struct imx_pinctrl_soc_info *) match->data;
// 4. 调用 imx_pinctrl_probe 函数，初始化 pinctrl，并将其注册到系统中
//将平台设备 pdev 和其 pinctrl 信息 pinctrl_info 传入 imx_pinctrl_probe，完成引脚控制器的初始化。
return imx_pinctrl_probe(pdev, pinctrl_info);
}
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这个 imx6ul_pinctrl_probe 函数是 IMX6UL（NXP i.MX 6UL系列处理器）的引脚控制器（pinctrl）驱动程序中的探测函数，用于在内核加载时初始化该设备的引脚控制功能。此函数通过匹配设备树中的节点，将设备的 pinctrl 配置信息初始化并注册到系统中。
其中imx_pinctrl_probe，这个函数才是主要的。
drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx.c：
int imx_pinctrl_probe(struct platform_device *pdev,
struct imx_pinctrl_soc_info *info)
{
struct regmap_config config = { .name = "gpr" }; // 注册映射配置，名称为 "gpr"
struct device_node *dev_np = pdev->dev.of_node; // 获取设备树节点
struct pinctrl_desc *imx_pinctrl_desc; // 用于描述 pinctrl 的结构体
struct device_node *np; // 临时设备节点指针
struct imx_pinctrl *ipctl; // IMX pinctrl 控制器实例
struct resource *res; // 存储资源信息
struct regmap *gpr; // 注册映射指针
int ret, i; // 返回值和循环计数器
// 检查传入的 pinctrl 信息是否有效
if (!info || !info->pins || !info->npins) {
dev_err(&pdev->dev, "wrong pinctrl info\n"); // 打印错误信息
return -EINVAL; // 返回无效参数错误
}
info->dev = &pdev->dev; // 将设备指针保存到信息结构中
// 如果存在 GPR 兼容性，则获取 GPR 的注册映射
if (info->gpr_compatible) {
gpr = syscon_regmap_lookup_by_compatible(info->gpr_compatible);
if (!IS_ERR(gpr))
regmap_attach_dev(&pdev->dev, gpr, &config); // 附加设备到注册映射
}
// 为驱动创建状态持有者等结构体
ipctl = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*ipctl), GFP_KERNEL); // 分配内存
if (!ipctl)
return -ENOMEM; // 如果内存分配失败，返回错误
// 检查是否使用 SCU（系统控制单元）
if (!(info->flags & IMX8_USE_SCU)) {
// 为每个引脚分配寄存器数组内存
info->pin_regs = devm_kmalloc(&pdev->dev, sizeof(*info->pin_regs) *
info->npins, GFP_KERNEL);
if (!info->pin_regs)
return -ENOMEM; // 内存分配失败，返回错误
// 初始化引脚寄存器结构体
for (i = 0; i < info->npins; i++) {
info->pin_regs[i].mux_reg = -1; // 初始化复用寄存器
info->pin_regs[i].conf_reg = -1; // 初始化配置寄存器
}
// 获取设备的内存资源
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
ipctl->base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res); // 映射资源到内存
if (IS_ERR(ipctl->base))
return PTR_ERR(ipctl->base); // 映射失败，返回错误
// 检查设备树中是否存在 "fsl,input-sel" 属性
if (of_property_read_bool(dev_np, "fsl,input-sel")) {
np = of_parse_phandle(dev_np, "fsl,input-sel", 0); // 解析设备树句柄
if (!np) {
dev_err(&pdev->dev, "iomuxc fsl,input-sel property not found\n"); // 错误信息
return -EINVAL; // 返回无效参数错误
}
ipctl->input_sel_base = of_iomap(np, 0); // 映射输入选择寄存器
of_node_put(np); // 释放设备节点
if (!ipctl->input_sel_base) {
dev_err(&pdev->dev,
"iomuxc input select base address not found\n"); // 错误信息
return -ENOMEM; // 内存不足错误
}
}
}
// 为 pinctrl 描述结构体分配内存
imx_pinctrl_desc = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*imx_pinctrl_desc),
GFP_KERNEL);
if (!imx_pinctrl_desc)
return -ENOMEM; // 内存分配失败，返回错误
// 初始化 pinctrl 描述结构体
imx_pinctrl_desc->name = dev_name(&pdev->dev); // 设置设备名称
imx_pinctrl_desc->pins = info->pins; // 设置引脚信息
imx_pinctrl_desc->npins = info->npins; // 设置引脚数量
imx_pinctrl_desc->pctlops = &imx_pctrl_ops; // 设置 pinctrl 操作
imx_pinctrl_desc->pmxops = &imx_pmx_ops; // 设置 pinmux 操作
imx_pinctrl_desc->confops = &imx_pinconf_ops; // 设置 pin 配置操作
imx_pinctrl_desc->owner = THIS_MODULE; // 设置模块所有者
// 通过设备树初始化 pinctrl 相关属性
ret = imx_pinctrl_probe_dt(pdev, info);
if (ret) {
dev_err(&pdev->dev, "fail to probe dt properties\n"); // 错误信息
return ret; // 返回错误
}
// 保存信息到 pinctrl 实例中
ipctl->info = info; // 保存 pinctrl 信息
ipctl->dev = info->dev; // 保存设备指针
platform_set_drvdata(pdev, ipctl); // 设置平台驱动数据
// 注册 pinctrl 驱动
ipctl->pctl = devm_pinctrl_register(&pdev->dev,
imx_pinctrl_desc, ipctl);
if (IS_ERR(ipctl->pctl)) {
dev_err(&pdev->dev, "could not register IMX pinctrl driver\n"); // 错误信息
return PTR_ERR(ipctl->pctl); // 返回错误
}
// 初始化成功信息
dev_info(&pdev->dev, "initialized IMX pinctrl driver\n");
return 0; // 返回成功
}
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3.描述、获得引脚（解析设备树）
3.1 单个引脚
/sys/kernel/debug/pinctrl/20e0000.iomuxc]# cat pins
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这种控制器支持哪些引脚在代码中就已经写死了，而比如某个芯片中的I2C模块既支持第A组中的引脚，也支持第B组中的引脚（又或者是A组引脚既支持I2C又支持GPIO模块），这些组的引脚则通过pinctrl_ops来描述，具体看下面一点
3.2 某组引脚
在imx6ull中，组引脚的信息是在设备树中进行构造的，而在stm157中则是在代码中构造写死的
比较长，可以看下面图就，建议放大观看。
某组引脚中，有哪些引脚？这要分析设备树：imx_pinctrl_probe_dt。
[root@100ask:/sys/kernel/debug/pinctrl/20e0000.iomuxc]# cat pingroups
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下面是详细的解析代码：
drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx6ul.c：
int imx_pinctrl_probe(struct platform_device *pdev,
struct imx_pinctrl_soc_info *info)
{
struct regmap_config config = { .name = "gpr" }; // 注册映射配置，名称为 "gpr"
struct device_node *dev_np = pdev->dev.of_node; // 获取设备树节点
struct pinctrl_desc *imx_pinctrl_desc; // 用于描述 pinctrl 的结构体
// 。。。。。。。。。。。。。。
// 为 pinctrl 描述结构体分配内存
imx_pinctrl_desc = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*imx_pinctrl_desc),
GFP_KERNEL);
if (!imx_pinctrl_desc)
return -ENOMEM; // 内存分配失败，返回错误
// 初始化 pinctrl 描述结构体
imx_pinctrl_desc->name = dev_name(&pdev->dev); // 设置设备名称
imx_pinctrl_desc->pins = info->pins; // 设置引脚信息
imx_pinctrl_desc->npins = info->npins; // 设置引脚数量
imx_pinctrl_desc->pctlops = &imx_pctrl_ops; // 设置 pinctrl 操作
imx_pinctrl_desc->pmxops = &imx_pmx_ops; // 设置 pinmux 操作
imx_pinctrl_desc->confops = &imx_pinconf_ops; // 设置 pin 配置操作
imx_pinctrl_desc->owner = THIS_MODULE; // 设置模块所有者
// 通过设备树初始化 pinctrl 相关属性
ret = imx_pinctrl_probe_dt(pdev, info);
if (ret) {
dev_err(&pdev->dev, "fail to probe dt properties\n"); // 错误信息
return ret; // 返回错误
}
//。。。。。。。。。。。。。。。。。
}
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ret = imx_pinctrl_probe_dt(pdev, info);，设备树中组引脚的解析和信息提取主要是在该函数中。其中参2为info，为struct imx_pinctrl_soc_info *类型的，解析该函数钱需要讲解一下该结构体
3.2.1 imx_pinctrl_soc_info结构体
解析后的引脚的组信息会存放在info中
\Linux-4.9.88\drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx.h：
// 用于描述 IMX 平台的 Pin 控制器的结构体
struct imx_pinctrl_soc_info {
struct device *dev; // 设备指针，指向使用该 pinctrl 的设备
const struct pinctrl_pin_desc *pins; // 指向描述每个 pin 的数组，包含每个引脚的详细信息
unsigned int npins; // 引脚数量，表示 pins 数组中的元素数
struct imx_pin_reg *pin_regs; // 指向该 SoC 使用的寄存器地址映射结构
struct imx_pin_group *groups; // 描述各个引脚组的数组指针，每个组包含一组引脚配置
unsigned int ngroups; // 引脚组数量，即 groups 数组的元素数量
unsigned int group_index; // 引脚组的索引，用于指示当前配置的组
struct imx_pmx_func *functions; // 指向支持的引脚复用功能的数组指针
unsigned int nfunctions; // 支持的复用功能数量，即 functions 数组的元素数量
unsigned int flags; // 标志位，用于存储当前 pin 控制器的特殊设置或配置
const char *gpr_compatible; // 指向字符串，用于设备树兼容性匹配 (GPR) 的信息
/* 当存在共享 MUX 和 CONF 寄存器的情况时，下面的字段用于控制 */
unsigned int mux_mask; // MUX_MODE 的掩码值，用于提取和设置特定位
u8 mux_shift; // MUX_MODE 的位移值，用于确定 mux_mask 应应用的位位置
u32 ibe_bit; // 用于配置输入缓冲区使能 (Input Buffer Enable) 的位掩码
u32 obe_bit; // 用于配置输出缓冲区使能 (Output Buffer Enable) 的位掩码
};
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下面是其相关成员的介绍：
struct imx_pin_group *groups： 在 i.MX 平台中定义一个引脚组的集合，该集合中的引脚通常是具有特定功能需求或用途相关的。例如，某些引脚组用于 UART 功能，而另一些用于 SPI、I2C 等功能。通过这种分组，便于对相关引脚的统一配置和管理，同时可以通过pinctrl框架将一组引脚配置为同一功能，方便驱动和上层应用进行访问和配置。 这是一个数据指针类型的，也就是说引脚有多少组就该结构体有多少个
/**
* struct imx_pin_group - 描述一个 i.MX 平台的引脚组（pin group）
* @name: 引脚组名称
* 用于标识该引脚组的名称（字符指针），通常用于调试或配置时参考。
*
* @npins: 引脚组中的引脚数量
* 表示引脚组中的引脚数，即 .pins 数组中的元素数量。
* 可以根据该值循环遍历 pins 数组中的元素。
*
* @pin_ids: 引脚组中每个引脚的 ID 数组
* 一个存储每个引脚 ID 的数组（unsigned int* 类型），
* 是 `pinctrl` 子系统所要求维护的，用于将每个引脚与其特定 ID 进行关联。
* 引脚 ID 可以帮助查找和操作每个引脚的具体配置。
*
* @pins: 引脚数组
* 一个 `struct imx_pin` 类型的数组，存储该引脚组中每个引脚的具体信息。
* 该数组的每个元素对应引脚组中的一个引脚，其结构中可能包括引脚的复用、
* 功能、驱动强度等详细配置。
*/
struct imx_pin_group {
const char *name; // 引脚组的名称，用于标识该组
unsigned npins; // 引脚组中包含的引脚数量
unsigned int *pin_ids; // 引脚 ID 数组，用于引用每个引脚的唯一标识
struct imx_pin *pins; // 引脚数组，存储每个引脚的详细配置
};
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其中imx_pin结构体，存储每个引脚的详细配置，它是数组类型。 通过 struct imx_pin，可以配置一个引脚的复用模式、电气特性等参数，适配不同的硬件平台（如基于内存映射或 SCU 管理的硬件）。imx_pin_memmap 和 imx_pin_scu 为不同硬件平台提供了所需的配置结构体，确保在驱动开发中可以灵活地配置引脚功能和特性：
/**
* struct imx_pin - 描述单个 i.MX 平台的引脚配置
* @pin: 引脚的编号或 ID
* 表示该引脚在整个引脚控制器（pinctrl）系统中的唯一标识符，
* 用于在设置时引用特定的引脚。
*
* @pin_conf: 引脚的配置信息，具体使用哪种结构视硬件平台而定
* 使用共用体（union）来存储引脚配置，有两种配置结构体可选：
* 1. `imx_pin_memmap` - 内存映射的配置（适用于较旧的 i.MX 硬件）
* 2. `imx_pin_scu` - SCU 配置（适用于较新的 SCU 管理的 i.MX 硬件）
*/
struct imx_pin {
unsigned int pin; // 引脚编号或 ID
union {
struct imx_pin_memmap pin_memmap; // 内存映射的引脚配置
struct imx_pin_scu pin_scu; // SCU 管理的引脚配置
} pin_conf; // 选择合适的引脚配置结构
};
/**
* struct imx_pin_memmap - 描述基于内存映射的引脚配置（较旧的硬件平台）
* @mux_mode: 复用模式
* 设置引脚的功能复用模式，例如将该引脚配置为 UART、SPI、GPIO 等。
* 不同的值对应不同的功能或信号通道。
*
* @input_reg: 输入控制寄存器
* 引脚的输入控制寄存器（16 位），用于配置引脚的输入特性，
* 比如输入延迟或电平触发控制。
*
* @input_val: 输入寄存器的值
* 具体的输入控制值，决定输入配置的具体参数。设置引脚的输入配置时参考此值。
*
* @config: 引脚的通用配置寄存器
* 该寄存器的值用于设置引脚的电气特性和行为，如驱动强度、上拉/下拉电阻等。
*/
struct imx_pin_memmap {
unsigned int mux_mode; // 引脚复用模式
u16 input_reg; // 输入控制寄存器
unsigned int input_val; // 输入寄存器值
unsigned long config; // 通用配置寄存器，用于电气特性设置
};
/**
* struct imx_pin_scu - 描述基于 SCU 管理的引脚配置（较新硬件平台）
* @mux: 复用模式寄存器
* 类似于 mux_mode，但用于 SCU 管理的硬件上。不同值代表不同功能复用。
*
* @config: 通用配置寄存器
* 用于设置引脚的电气特性和配置选项，包括驱动强度、上拉/下拉等。
* 与 SCU 兼容的配置选项通常通过该寄存器控制。
*/
struct imx_pin_scu {
unsigned long mux; // 复用模式寄存器，SCU 管理的硬件专用
unsigned long config; // 通用配置寄存器，SCU 兼容的电气特性设置
};
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- 以该组引脚为例子，其中一个印记哦MX6UL_PAD_UART1_RTS_B_GPIO1_IO19 0X17059，最后就是会被解析成
imx_pin_memmap
- 回到
imx_pinctrl_soc_info结构体，接下来讲一下其成员struct imx_pmx_func *functions，imx_pmx_func结构体用于定义 i.MX 平台的 pinmux 功能（pin multiplexing function）。在嵌入式系统中，一个引脚通常具有多种复用功能（如 GPIO、I2C、SPI 等），通过定义imx_pmx_func，驱动程序可以描述每个特定功能所需要的引脚组，从而在硬件和软件层面实现该功能。
/**
* struct imx_pmx_func - 描述 i.MX 平台的 pinmux 功能
* @name: 该功能的名称
* 此字段用于标识特定的引脚复用（pinmux）功能。例如，可以命名为
* `i2c_func`、`spi_func` 等，以表示与不同外设关联的功能名称。
*
* @groups: 关联的引脚组
* 指向引脚组名称的字符串数组，表示执行该功能所需的引脚组。每个引脚组
* 可以包含多个引脚，用于实现该功能的完整硬件连接。
*
* @num_groups: 引脚组的数量
* 该字段指定 `groups` 数组中的引脚组数量，用于迭代处理数组中的每个引脚组。
*/
struct imx_pmx_func {
const char *name; // 功能的名称，标识具体的 pinmux 功能
const char **groups; // 对应的引脚组，指向该功能相关的引脚组名称数组
unsigned num_groups; // 引脚组的数量，指定 `groups` 数组中的元素个数
};
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3.2.2 结构体关联图
3.2.3 回到函数解析
用到的设备树示例：
\Linux-4.9.88\drivers\pinctrl\freescale\pinctrl-imx.c
回到上文提到的imx_pinctrl_probe函数中，其中调用了imx_pinctrl_probe_dt函数，下面对该函数拆开来讲解：该设备树解析函数 imx_pinctrl_probe_dt 是用于解析 i.MX 平台的设备树节点（Device Tree Node），并从中获取引脚控制的配置信息，存储在 imx_pinctrl_soc_info 结构体中。下面逐步解析这段代码如何对应到您设备树的内容。
static int imx_pinctrl_probe_dt(struct platform_device *pdev,
struct imx_pinctrl_soc_info *info)
{
struct device_node *np = pdev->dev.of_node; // 获取设备树节点
struct device_node *child;
u32 nfuncs = 0;
u32 i = 0;
bool flat_funcs;
if (!np)
return -ENODEV;
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np = pdev->dev.of_node;：获取当前设备（即pdev）在设备树中的节点（对应您设备树中的imx6ul-evk节点）。
- 判断函数结构
flat_funcs = imx_pinctrl_dt_is_flat_functions(np); // 检查函数结构
if (flat_funcs) {
nfuncs = 1;
} else {
nfuncs = of_get_child_count(np);
if (nfuncs <= 0) {
dev_err(&pdev->dev, "no functions defined\n");
return -EINVAL;
}
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imx_pinctrl_dt_is_flat_functions(np)：检查函数是否以“平面”方式定义。如果flat_funcs为真，则表示函数定义是平面的，例如，所有引脚组在一个层级中定义，而不再划分不同的子节点。nfuncs = of_get_child_count(np);：如果不是平面结构，计算np节点的子节点数，代表有多少个不同的功能模块（对应imx6ul-evk下的子节点，如hdmigrp、hoggrp-1、enetgrp等每个模块分别代表一个功能组）。- 其实就是看设备树节点中有没有"fsl,pin"，以上面的设备树为例子是有的，因此是非平面结构体，其解析方式的函数如下：
static bool imx_pinctrl_dt_is_flat_functions(struct device_node *np)
{
struct device_node *function_np; // 用于存储 np 节点的子节点
struct device_node *pinctrl_np; // 用于存储 function_np 节点的子节点
for_each_child_of_node(np, function_np) { // 遍历 np 的每个直接子节点
if (of_property_read_bool(function_np, "fsl,pins"))
return true; // 如果直接子节点包含 "fsl,pins" 属性，返回 true
// 遍历 function_np 的每个子节点
for_each_child_of_node(function_np, pinctrl_np) {
if (of_property_read_bool(pinctrl_np, "fsl,pins"))
return false; // 如果找到 "fsl,pins" 在 function_np 的子节点中，返回 false
}
}
return true; // 如果遍历完没有发现嵌套结构，返回 true
}
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- 分配内存空间
info->nfunctions = nfuncs;
info->functions = devm_kzalloc(&pdev->dev, nfuncs * sizeof(struct imx_pmx_func),
GFP_KERNEL);
if (!info->functions)
return -ENOMEM;
info->group_index = 0;
if (flat_funcs) {
info->ngroups = of_get_child_count(np);
} else {
info->ngroups = 0;
for_each_child_of_node(np, child)
info->ngroups += of_get_child_count(child);
}
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info->nfunctions = nfuncs;：将功能数量保存到imx_pinctrl_soc_info的nfunctions字段。info->functions分配内存用于保存各功能的信息。info->ngroups：若为平面结构，则直接获取节点np的子节点数；若非平面结构，遍历每个子节点，统计所有子节点的引脚组数量。
3.解析函数与引脚组
info->groups = devm_kzalloc(&pdev->dev, info->ngroups * sizeof(struct imx_pin_group),
GFP_KERNEL);
if (!info->groups)
return -ENOMEM;
if (flat_funcs) {
imx_pinctrl_parse_functions(np, info, 0);
} else {
for_each_child_of_node(np, child)
imx_pinctrl_parse_functions(child, info, i++);
}
return 0;
}
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info->groups：分配用于保存引脚组信息的内存。 -
imx_pinctrl_parse_functions：根据是否为平面结构，选择性地解析功能：- 如果是平面结构，则直接解析
np下的所有引脚组。 - 如果非平面结构，则遍历
np的每个子节点（即imx6ul-evk下的各功能组节点），分别解析。
- 如果是平面结构，则直接解析
4.总结
该函数imx_pinctrl_probe_dt主要是根据 imx6ul-evk 下的节点结构来设置功能和引脚组信息，并将这些信息填充到 imx_pinctrl_soc_info 结构体中，便于后续引脚复用的配置。
图中 hoggrp-1、hdmigrp 等子节点被解析为各个功能组，fsl,pins 属性用于指定每个功能组内具体的引脚配置。
4.引脚复用和配置
引脚复用和引脚配置在 client端使用pinctrl过程的情景分析 中讲解，也就是下一章节，一般是由client的驱动程序来去调用相关函数实现的。
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