Linux デバイスドライバーのためのピン制御サブシステムをマスターする

編集者注：組み込み Linux が IoT のバックボーンになりつつある中、デバイスドライバーはアプリケーションとハードウェアの橋渡しです。『Linux Device Drivers Development』の著者 John Madieu が、これらのドライバー構築のための詳細でコード豊富なガイドを提供します。

この抜粋は書籍の第 14 章で、カスタムハードウェアをカーネルとインターフェースする必要がある開発者にとって重要な領域であるピン制御と GPIO に焦点を当てています。第 1 回はピン制御サブシステムを紹介します。

『Linux Device Drivers Development』by John Madieu より翻案。

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第 14 章. ピン制御と GPIO サブシステム
By John Madieu

組み込み Linux では、ドライバーはほぼ常に GPIO とやり取りするか、ピン多重化を設定します。「ピン」はコンポーネントの物理出力ラインであり、多くの SoC が同じピンを複数の機能で再利用します。例えば、i.MX6QDL のピン MX6QDL_PAD_SD3_DAT1 は、SD データライン、UART RTS/CTS ライン、FlexCAN Rx ライン、または汎用 GPIO として機能できます。

ピンの機能を選択するプロセスを ピン マルチプレクシング（ピン マキシング） と呼び、これを調整するカーネルコンポーネントが ピン コントローラ です。この章の第 2 部では、一般的なピン機能である汎用入出力（GPIO）サブシステムを探ります。

この章では以下を学びます：

• ピン制御サブシステムを歩き、デバイスツリーでピン制御ノードを宣言する方法を学ぶ
• レガシーな整数ベース GPIO API と新しいディスクリプタベース インターフェースを比較
• 割り込みとしても使用される GPIO を処理
• GPIO 管理専用の sysfs インターフェースを探索

ピン制御サブシステム

pinctrl サブシステムはピン多重化と設定を管理します。特定のピン配置を必要とするデバイスは、その配置をデバイスツリーで記述する必要があります。ピンコントローラドライバーはこれらの記述を解析し、SoC の I/O コントローラをそれに従ってプログラムします。

このサブシステムは以下を提供します：

• ピン多重化 — 単一ピンを複数の役割（UART TX、GPIO、HSI など）でグループ単位またはピン単位で再利用
• ピン設定 — プルアップ/プルダウン、ドライブ強度、デバウンスなどの電気的特性を設定

この書籍はピンコントローラ API の使用に焦点を当てており、ピンコントローラドライバー自体の作成は扱いません。

Pinctrl とデバイスツリー

デバイスツリーでは、ピンコントローラノードがすべての利用可能なピングループと機能を記述します。各グループには整数 ID が割り当てられ、オプションで人間が読める名前を ID にマッピングする pinctrl-name が付随します。

デバイスのバインディングは、必要なピン状態を指定します。2 つのプロパティがデバイスをピン状態にリンクします：

• pinctrl- — ピン設定ノードを指すファンドルのリスト。複数エントリで、デバイスを複数のピンコントローラで設定したり、単一コントローラで複数ノードを組み合わせたりできます。
• pinctrl-name — 各状態 ID に名前を割り当てる並列リスト。状態 0 は通常 default と命名され、include/linux/pinctrl/pinctrl-state.h で定義される標準リストに従います。

以下は、2 つのデバイスのピン設定を示す典型的なデバイスツリー抜粋です：

各行は <PIN_FUNCTION> <PIN_SETTING> 形式に従います：

MX6QDL_PAD_DISP0_DAT15__GPIO5_IO09 0x80000000
MX6QDL_PAD_EIM_D25__UART3_RX_DATA 0x1b0b1

最初のトークン（MX6QDL_PAD_DISP0_DAT15__GPIO5_IO09）がピン機能を特定し、2 番目のトークン（0x80000000）が設定ビット（プルアップ/ダウン、ドライブ強度など）をエンコードします。これらのマクロは arch/arm/boot/dts/imx6q-pinfunc.h などのアーキテクチャ固有ヘッダーファイルで定義されます。

ドライバーコードでピン状態をプログラムするには、初期化時（通常は probe()）に以下の手順を実行します：

struct pinctrl *pinctrl;
pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&pdev->dev);
if (IS_ERR(pinctrl))
    dev_warn(&pdev->dev, "pins are not configured from the driver");

ヘルパー pinctrl_get_select_default() は自動的に default 状態を取得して適用します。デバイスが init 状態を提供する場合、コアは probe() 前にその状態を適用し、その後ドライバーが変更しない限り default に戻ります。

終了時は pinctrl_put(pinctrl) またはリソース管理版 devm_pinctrl_put(pinctrl) でコントローラを解放します。

am335x-evm.dts ファイルからの具体例：

dcan1: d_can@481d0000 {
    status = "okay";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&d_can1_pins>;
};

対応するドライバーでは：

pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&pdev->dev);
if (IS_ERR(pinctrl))
    dev_warn(&pdev->dev, "pins are not configured from the driver");

ドライバーの probe() が実行される頃には、default ピン設定がすでに適用されています。

次の回では GPIO サブシステムを詳細に扱います。

Packt Publishing の許可を得て再録。Copyright © 2017 Packt Publishing

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John Madieu はパリ拠点の組み込み Linux およびカーネルエンジニアです。自動化、輸送、医療、エネルギー、防衛分野のクライアント向けにドライバーと BSP を開発。EXPEMB で勤務し、コンピュータ・オン・モジュール設計のパイオニアとして、知識共有がイノベーションを加速すると信じるアクティブなオープンソース推進者です。