本合集分享的是，我當(dāng)初學(xué)習(xí)Linux驅(qū)動(dòng)的來(lái)時(shí)路——《《驅(qū)動(dòng)之路》開(kāi)篇：自序&前言》。

正文

在嵌入式 Linux 開(kāi)發(fā)中，我們經(jīng)常會(huì)在設(shè)備樹(shù)（DTS）中寫下這樣的配置：

神奇的是，驅(qū)動(dòng)程序無(wú)需手動(dòng)操作寄存器、無(wú)需硬編碼 GPIO 編號(hào)，就能通過(guò)內(nèi)核提供的接口輕松獲取這個(gè)復(fù)位 GPIO，實(shí)現(xiàn)設(shè)備復(fù)位控制。這背后的底層邏輯是什么？今天就扒一扒這層底層邏輯。

1 DTS 到底在配置什么？

首先我們得明確，reset-gpios = <&gpio2 RK_PB4 GPIO_ACTIVE_HIGH>; 這行代碼不是給 CPU 看的，而是給內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)的 “約定說(shuō)明書”，每一部分都有明確含義：

reset-gpios：是 “屬性名”，遵循 Linux 設(shè)備樹(shù)的 GPIO 屬性命名規(guī)范（后綴-gpios），告訴內(nèi)核 “這是一個(gè)用于復(fù)位功能的 GPIO 配置”。

&gpio2：是 “GPIO 控制器的引用”，表示這個(gè) GPIO 歸屬于gpio2控制器。

RK_PB4：是 “GPIO 引腳編號(hào)”，是芯片廠商定義的宏，本質(zhì)是一個(gè)整數(shù)。

GPIO_ACTIVE_HIGH：是 “GPIO 有效電平”，表示該 GPIO 為高電平有效。

PS：GPIO_ACTIVE_HIGH會(huì)被內(nèi)核解析并存儲(chǔ)在gpio_desc中，驅(qū)動(dòng)調(diào)用 gpiod_set_value() 時(shí)：若配置為GPIO_ACTIVE_HIGH，驅(qū)動(dòng)傳入1則內(nèi)核設(shè)置 GPIO 為高電平，傳入0為低電平；若配置為GPIO_ACTIVE_LOW，驅(qū)動(dòng)傳入1則內(nèi)核自動(dòng)設(shè)置為低電平（有效電平），傳入0為高電平。驅(qū)動(dòng)無(wú)需關(guān)心 “有效電平是高還是低”，只需按 “邏輯值”（1 = 有效，0 = 無(wú)效）調(diào)用接口，內(nèi)核會(huì)自動(dòng)完成電平轉(zhuǎn)換。也就是說(shuō)，gpiod_set_value() 設(shè)置的是“邏輯值”而非“物理值”。

簡(jiǎn)單說(shuō)，這行配置的核心作用是：向內(nèi)核聲明 “當(dāng)前設(shè)備的復(fù)位 GPIO 是 gpio2 控制器的 PB4 引腳，高電平有效”，為后續(xù)驅(qū)動(dòng)獲取 GPIO 打下基礎(chǔ)。

2 DTS 配置到驅(qū)動(dòng)獲取的 4 個(gè)關(guān)鍵步驟

DTS 配置只是 “紙上約定”，驅(qū)動(dòng)能真正拿到 GPIO 并使用，依賴內(nèi)核的 “解析 - 注冊(cè) - 匹配 - 提供” 全流程。

步驟 1：內(nèi)核解析 DTS，提取 GPIO 配置信息

Linux 內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，會(huì)先執(zhí)行 “設(shè)備樹(shù)解析階段”：

（1）內(nèi)核的設(shè)備樹(shù)解析器（dtb_parser）會(huì)遍歷 DTS 文件，找到所有帶-gpios后綴的屬性（包括reset-gpios）。

（2）解析器會(huì)識(shí)別&gpio2對(duì)應(yīng)的 GPIO 控制器（通過(guò) DTS 中g(shù)pio2節(jié)點(diǎn)的compatible屬性匹配內(nèi)核中的 GPIO 驅(qū)動(dòng)，比如rockchip,rk3576-gpio）.

（3）將RK_PB4引腳編號(hào)轉(zhuǎn)換為內(nèi)核統(tǒng)一的 “GPIO 全局編號(hào)”（這是關(guān)鍵！）。內(nèi)核為了管理所有 GPIO，會(huì)給每個(gè) GPIO 分配一個(gè)全局唯一的整數(shù) ID（GPIO 編號(hào)），其計(jì)算規(guī)則如下：

（4）解析器將 “GPIO 編號(hào) + 有效電平” 封裝成struct gpio_desc結(jié)構(gòu)體（GPIO 描述符，內(nèi)核中代表一個(gè) GPIO 的 “身份證”），并與當(dāng)前設(shè)備的struct device結(jié)構(gòu)體關(guān)聯(lián)（存在設(shè)備的私有數(shù)據(jù)中）。 至此，DTS 中的 “文字配置” 已被內(nèi)核解析為 “可操作的 GPIO 描述符”，就像把 “地址信息” 轉(zhuǎn)換成了 “快遞單號(hào)”，等待驅(qū)動(dòng)來(lái) “取件”。

步驟 2：GPIO 控制器驅(qū)動(dòng)初始化，提供操作接口

在解析 DTS 之前，內(nèi)核已經(jīng)加載了gpio2對(duì)應(yīng)的 GPIO 控制器驅(qū)動(dòng)（通常是芯片原廠 BSP 工程師編寫的平臺(tái)驅(qū)動(dòng)），該驅(qū)動(dòng)會(huì)完成兩件關(guān)鍵事：

（1）向內(nèi)核 GPIO 子系統(tǒng)注冊(cè)struct gpio_chip結(jié)構(gòu)體（GPIO 芯片描述符），其中包含：

GPIO 控制器的基地址（操作寄存器的物理地址，已通過(guò)ioremap映射為虛擬地址）；

該控制器管理的 GPIO 數(shù)量（比如gpio2管理 32 個(gè)引腳）；

操作 GPIO 的核心函數(shù)（request申請(qǐng)、free釋放、set_value設(shè)置電平、get_value讀取電平）。

（2）內(nèi)核 GPIO 子系統(tǒng)會(huì)為該控制器分配 “GPIO 基號(hào)”（比如gpio2分配 32-63 號(hào)），確保全局編號(hào)不重復(fù)。

這一步的作用是：讓內(nèi)核具備操作gpio2控制器下所有 GPIO 的能力，相當(dāng)于給 “快遞站” 配備了 “快遞員”（操作函數(shù)），能處理后續(xù)的 GPIO 申請(qǐng)和控制請(qǐng)求。

步驟 3：設(shè)備與驅(qū)動(dòng)匹配，驅(qū)動(dòng)申請(qǐng) GPIO 資源

當(dāng)內(nèi)核完成 DTS 解析和 GPIO 控制器初始化后，會(huì)啟動(dòng) “設(shè)備與驅(qū)動(dòng)匹配” 流程：

（1）內(nèi)核根據(jù) DTS 中當(dāng)前設(shè)備節(jié)點(diǎn)的compatible屬性，在驅(qū)動(dòng)鏈表中查找匹配的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。 （2）驅(qū)動(dòng)匹配成功后，會(huì)執(zhí)行probe函數(shù)，在probe函數(shù)中，驅(qū)動(dòng)會(huì)通過(guò)內(nèi)核提供的 GPIO 申請(qǐng)接口，獲取reset-gpios對(duì)應(yīng)的 GPIO。

比如：

這里的核心接口是devm_gpiod_get_optional（devm_前綴表示內(nèi)核自動(dòng)管理資源，驅(qū)動(dòng)卸載時(shí)自動(dòng)釋放 GPIO），它接收參數(shù)"reset"對(duì)應(yīng) DTS 中的reset-gpios屬性（內(nèi)核會(huì)自動(dòng)拼接-gpios后綴）。

步驟 4：驅(qū)動(dòng)操作 GPIO，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能

通過(guò)層層函數(shù)調(diào)用，驅(qū)動(dòng)最終拿到reset_gpio（gpio_desc指針）。

然后就可以通過(guò)內(nèi)核提供的接口gpiod_set_value() 操作 GPIO 的電平，這里的gpiod_set_value() 接口會(huì)最終調(diào)用 GPIO 控制器驅(qū)動(dòng)中的set_value函數(shù)，通過(guò)操作 GPIO 寄存器（如輸出控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器）實(shí)現(xiàn)電平切換，完成硬件層面的復(fù)位控制。

3 總結(jié)

DTS 配置reset-gpios后驅(qū)動(dòng)能直接獲取，本質(zhì)是 “三層約定 + 兩層封裝” 的結(jié)果：

三層約定：DTS 與內(nèi)核的 “配置格式約定”、GPIO 控制器與內(nèi)核的 “驅(qū)動(dòng)接口約定”、驅(qū)動(dòng)與內(nèi)核的 “資源申請(qǐng)約定”；

兩層封裝：內(nèi)核 GPIO 子系統(tǒng)封裝硬件差異、devm_機(jī)制封裝資源管理。

這種設(shè)計(jì)讓嵌入式開(kāi)發(fā)擺脫了 “寄存器操作的繁瑣” 和 “硬件差異的困擾”，驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)者只需專注于業(yè)務(wù)邏輯（比如何時(shí)觸發(fā)復(fù)位），無(wú)需關(guān)心底層實(shí)現(xiàn)，這也是 Linux 設(shè)備樹(shù) “硬件描述與驅(qū)動(dòng)分離” 設(shè)計(jì)思想的核心體現(xiàn)。

最后留個(gè)問(wèn)題： reset-gpios里的GPIO_ACTIVE_HIGH能隨便寫嗎？我們下期分享~

（完）

審核編輯 黃宇