第4章 GPIO驱动开发

第4章 GPIO驱动开发：GPIO子系统介绍、设备树中GPIO的配置、基于GPIO的LED驱动实战

各位同学，今天我们来聊聊GPIO驱动开发。说实话，GPIO是嵌入式开发里最基础也最常用的外设了。我刚开始做驱动时，第一个练手的项目就是点灯。你别笑，能把灯点得稳、点得准，说明你对整个驱动框架已经摸透了。

4.1 GPIO子系统：内核里的“万能接口”

GPIO子系统，说白了就是Linux内核给开发者提供的一套标准API。你想想看，不同芯片的GPIO寄存器地址、控制方式都不一样，要是每个驱动都直接操作寄存器，那代码就没法移植了。

内核的GPIO子系统分三层：

底层：芯片厂商实现的gpio_chip，负责读写寄存器
中间层：gpiolib，提供统一的接口封装
上层：驱动开发者调用的gpiod_xxx系列API

我在项目中遇到过一件事：有个同事直接操作GPIO寄存器来实现按键检测，结果换了颗芯片后，整个驱动都得重写。这就是没用好子系统的教训。

核心API速查表

函数	作用
gpiod_get()	获取GPIO描述符
gpiod_direction_output()	设置为输出模式
gpiod_set_value()	设置输出电平
gpiod_direction_input()	设置为输入模式
gpiod_get_value()	读取输入电平

4.2 设备树中GPIO的配置：把硬件描述交给DTS

设备树，就是用来描述硬件拓扑的。GPIO的配置都在这里完成。我个人习惯把设备树里的GPIO节点想象成“硬件接线图”——哪个引脚接了什么东西，一目了然。

来看一个典型的LED节点配置：

leds {
    compatible = "gpio-leds";
    led0: led-red {
        label = "red-led";
        gpios = &gpio1 15 GPIO_ACTIVE_LOW;
        default-state = "off";
    };
};

这里有几个关键点：

gpios属性：第一个参数是GPIO控制器，第二个是引脚号，第三个是有效电平
GPIO_ACTIVE_LOW：表示低电平点亮。嗯，这里要注意，很多新手会搞反
default-state：上电后的默认状态

我的小技巧：调试设备树时，可以在内核启动参数里加gpio_debug，这样系统会打印出所有GPIO的申请和释放信息。我曾经靠这个定位过一个GPIO被两个驱动同时占用的bug。

4.3 基于GPIO的LED驱动实战：从零开始点灯

好，理论说完了，咱们直接上手写代码。这个LED驱动，我建议你用gpio-leds框架来做，内核已经封装好了，你只需要提供设备树节点就行。

但为了让你真正理解底层原理，我带你手写一个简单的LED驱动：

#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>

struct led_data {
    struct gpio_desc *led_gpio;
};

static int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct led_data *data;
    struct device *dev = &pdev->dev;

    data = devm_kzalloc(dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL);
    if (!data)
        return -ENOMEM;

    // 从设备树获取GPIO
    data->led_gpio = devm_gpiod_get(dev, NULL, GPIOD_OUT_LOW);
    if (IS_ERR(data->led_gpio))
        return PTR_ERR(data->led_gpio);

    gpiod_set_value(data->led_gpio, 1);  // 点亮LED
    dev_info(dev, "LED is on!\n");

    platform_set_drvdata(pdev, data);
    return 0;
}

static int led_remove(struct platform_device *pdev)
{
    struct led_data *data = platform_get_drvdata(pdev);
    gpiod_set_value(data->led_gpio, 0);  // 熄灭LED
    return 0;
}

static const struct of_device_id led_of_match[] = {
    { .compatible = "my-led-driver" },
    { }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, led_of_match);

static struct platform_driver led_driver = {
    .probe  = led_probe,
    .remove = led_remove,
    .driver = {
        .name = "my_led",
        .of_match_table = led_of_match,
    },
};
module_platform_driver(led_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple LED driver");

这段代码里，我用了devm_gpiod_get这个函数。为什么用带devm_前缀的版本？因为它会自动管理资源，驱动卸载时自动释放GPIO。你想想看，要是忘了释放GPIO，下次加载驱动就会报错。

避坑指南：我曾经在probe函数里直接调用gpio_request和gpio_direction_output，结果在设备树里改了引脚号后，驱动就崩溃了。后来改用gpiod_系列API，问题就解决了。因为gpiod_会自动解析设备树里的gpios属性，不用你手动传引脚号。

4.4 调试技巧：让LED“说话”

驱动写完了，怎么验证？我一般用这几个方法：

看内核日志：dmesg | grep my_led，看probe有没有成功
操作sysfs：如果用了gpio-leds框架，/sys/class/leds/下会有对应节点，直接echo 1 > brightness就能控制
示波器测量：实在不行就上示波器，看引脚电平有没有变化

我记得有一次，LED死活不亮。查了半天，发现是设备树里GPIO_ACTIVE_LOW写成了GPIO_ACTIVE_HIGH。电平反了，灯当然不亮。这种低级错误，犯过一次就记住了。

好了，这一章的内容就到这里。GPIO驱动开发，说白了就是“获取描述符、设置方向、读写电平”这三步。但每一步里都有坑，多动手、多踩坑，你才能真正成为老手。

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