内核 GPIO、Pinctrl、Gpiolib 通俗详解（实操向）
本文针对内核驱动初学者，用「生活化比喻 + 可直接复用的代码」拆解核心逻辑 ------ 不用死记术语，跟着流程就能上手控制硬件（如 LED、按键）。
一、先搞懂：三者是啥关系？
把硬件引脚比作 "员工"：
-
Pinctrl："人事部门"------ 给员工分配岗位（是当 GPIO，还是当 I2C/UART 接口），避免一个人干多份活；
-
Gpiolib："业务工具包"------ 员工被分配成 "GPIO 岗" 后，用这个工具包干活（输出电平、读信号、触发中断）；
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GPIO：最终的 "工作内容"------ 控制硬件的具体动作（亮 LED、检测按键）。
二、Pinctrl：给引脚 "分配岗位"（避坑关键！）
核心目标
让引脚明确 "自己该干啥"------ 比如指定 "第 0 组第 5 号引脚" 只当 GPIO，不抢 I2C 的活，否则后续操作全失败。
两步配置法（DTS + 驱动）
1. 第一步：在设备树（DTS）写 "岗位说明书"
提前告诉内核 "哪个引脚做什么"，直接复用改参数即可：
// 1. 定义"人事部门"（引脚控制器）：管理某一片区的引脚
pinmux: pinmux@13000000 {
reg = <0x13000000 0x1000>; // 控制器硬件地址（看芯片手册）
pinctrl-controller; // 标记为"人事部门"
#pinctrl-cells = <2>; // 配置引脚需2个参数（组号+功能）
// 2. 给具体引脚定岗位：第0组第5号 → 当GPIO
gpio_func: gpio-func {
pins = <0 5>; // 引脚：第0组第5号（改这里换引脚）
function = "gpio"; // 岗位：GPIO（当I2C写"i2c"）
};
};
// 3. 绑定到设备（如控制LED的设备）
led_device: led-device {
compatible = "demo,led-gpio"; // 驱动匹配标识（和代码对应）
pinctrl-names = "default"; // 状态名：默认用这个配置
pinctrl-0 = <&gpio_func>; // 绑定GPIO配置
led-gpio = <&gpio0 5 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // GPIO属性（高电平亮）
status = "okay"; // 启用配置（必须写）
};2. 第二步：在驱动里 "激活岗位"
代码里告诉内核："按 DTS 的规则，让引脚变成 GPIO"：
#include <linux/pinctrl/pinctrl.h> // 必须包含的头文件
static int led_probe(struct platform_device *pdev) {
// 1. 拿到"人事部门"联系方式（引脚控制器）
struct pinctrl *pctrl = pinctrl_get(&pdev->dev, NULL);
if (IS_ERR(pctrl)) { // 判断是否拿到，避免报错
return PTR_ERR(pctrl);
}
// 2. 找到DTS里的"GPIO岗位"
struct pinctrl_state *pstate = pinctrl_lookup_state(pctrl, "gpio-func");
if (IS_ERR(pstate)) {
pinctrl_put(pctrl); // 没找到就归还控制器
return PTR_ERR(pstate);
}
// 3. 激活岗位：让引脚正式变GPIO
if (pinctrl_select_state(pctrl, pstate)) {
pinctrl_put(pctrl);
return -EINVAL;
}
printk("Pinctrl配置完成，引脚已设为GPIO！\n");
return 0;
}三、Gpiolib：用 GPIO "干活"（核心操作）
当引脚被 Pinctrl 设为 GPIO 后，用 Gpiolib 的工具函数实现 "读 / 写 / 中断"，全是现成接口，直接抄！
1. 先 "占坑"：申请 GPIO（避免被抢）
像 "登记工具归属"，用gpio_request函数：
#include <linux/gpio.h> // Gpiolib核心头文件
#include <linux/of_gpio.h> // 从DTS读GPIO的头文件
static int led_gpio; // 存储要操作的GPIO编号
static int led_probe(struct platform_device *pdev) {
struct device_node *np = pdev->dev.of_node; // 拿到DTS节点
// 1. 从DTS读GPIO编号（对应"led-gpio"属性）
led_gpio = of_get_named_gpio_flags(np, "led-gpio", 0, NULL);
if (led_gpio < 0) {
printk("从DTS读GPIO失败！\n");
return led_gpio;
}
// 2. 申请GPIO：参数2是"用途说明"（调试用）
if (gpio_request(led_gpio, "control_led")) {
printk("GPIO被占用了！\n");
return -EBUSY;
}
printk("GPIO申请成功，编号：%d\n", led_gpio);
return 0;
}2. 基础活：读 / 写电平（控制 LED / 读按键）
| 需求 | 函数 | 通俗解释 | 代码示例 |
|---|---|---|---|
| 设为输入（读） | gpio_direction_input(gpio) |
让 GPIO "听命令"（检测外部信号） | gpio_direction_input(led_gpio); |
| 读当前电平 | gpio_get_value(gpio) |
得到 0（低）或 1（高） | int level = gpio_get_value(led_gpio); |
| 设为输出（写） | gpio_direction_output(gpio, val) |
让 GPIO "发命令"（输出电平） | gpio_direction_output(led_gpio, 0);（初始低） |
| 改输出电平 | gpio_set_value(gpio, val) |
0 灭 / 1 亮（控制 LED） | gpio_set_value(led_gpio, 1);（亮） |
实操示例：控制 LED 亮灭
// 在probe里加：设为输出+初始灭
gpio_direction_output(led_gpio, 0);
// 亮LED（可在其他函数调用）
void led_on(void) {
gpio_set_value(led_gpio, 1);
printk("LED亮了！\n");
}
// 灭LED
void led_off(void) {
gpio_set_value(led_gpio, 0);
printk("LED灭了！\n");
}3. 进阶活：GPIO 触发中断（按键检测）
"按键按下时内核立刻反应"，核心是 "GPIO 转中断号 + 注册处理函数"：
#include <linux/interrupt.h> // 中断相关头文件
static int irq_num; // 存储GPIO对应的中断号
// 3.1 中断处理函数：按键按下时自动执行
static irqreturn_t key_irq_handler(int irq, void *dev_id) {
// 读按键电平：0=按下，1=松开（按硬件调整）
int level = gpio_get_value(led_gpio);
if (level == 0) {
printk("按键按下了！\n");
led_on(); // 按下亮LED（自定义逻辑）
} else {
printk("按键松开了！\n");
led_off(); // 松开灭LED
}
return IRQ_HANDLED; // 告诉内核：中断已处理
}
// 3.2 在probe里注册中断
static int led_probe(struct platform_device *pdev) {
// ... 前面的Pinctrl配置、GPIO申请 ...
// 1. GPIO转中断号：每个GPIO对应一个中断号
irq_num = gpio_to_irq(led_gpio);
if (irq_num < 0) {
gpio_free(led_gpio); // 失败就释放GPIO
return irq_num;
}
// 2. 注册中断处理函数
if (request_irq(
irq_num, // 中断号
key_irq_handler, // 处理函数
IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_ONESHOT, // 下降沿+单次触发（避中断风暴）
"key_gpio_irq", // 中断名称（调试用）
pdev // 传给处理函数的参数
)) {
gpio_free(led_gpio);
printk("中断注册失败！\n");
return -EBUSY;
}
return 0;
}4. 收尾：释放资源（不用了要还）
驱动卸载时，归还资源（写在remove函数里）：
static int led_remove(struct platform_device *pdev) {
struct pinctrl *pctrl = pinctrl_get(&pdev->dev, NULL);
// 1. 释放中断
free_irq(irq_num, pdev);
// 2. 释放GPIO
gpio_free(led_gpio);
// 3. 释放Pinctrl控制器
pinctrl_put(pctrl);
printk("资源已释放！\n");
return 0;
}四、完整流程：控制 LED 的全步骤
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DTS 配置：定义引脚控制器→指定引脚为 GPIO→绑定到 LED 设备；
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驱动初始化：
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激活 Pinctrl（让引脚变 GPIO）；
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申请 GPIO + 设为输出；
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注册中断（若需按键控制）；
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业务逻辑 ：调用
gpio_set_value亮灭 LED，中断触发时执行处理函数； -
卸载驱动：释放中断→GPIO→Pinctrl 资源。
五、避坑指南（新手必看）
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Pinctrl 必须先配：没给引脚分配 "GPIO 岗" 就用 Gpiolib，100% 失败！先跑通 Pinctrl 再往下走；
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中断触发方式别乱选：
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按键用「边沿触发」（
IRQF_TRIGGER_FALLING/RISING），避免一直触发； -
传感器（如温度检测）用「电平触发」（
IRQF_TRIGGER_HIGH/LOW），加IRQF_ONESHOT避 "中断风暴"；
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调试小技巧（不用写驱动）：
内核支持用文件系统直接操作 GPIO，适合快速测硬件：
1. 导出GPIO（操作5号GPIO）
echo 5 > /sys/class/gpio/export
2. 设为输出
echo out > /sys/class/gpio/gpio5/direction
3. 亮LED（输出高电平）
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio5/value
4. 灭LED（输出低电平）
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio5/value
5. 用完删除
echo 5 > /sys/class/gpio/unexport
总结
GPIO 核心逻辑 8 个字：「定功能→做操作→还资源」：
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定功能：Pinctrl 给引脚分配 GPIO 岗位；（部分不需要）
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做操作：Gpiolib 读 / 写 / 中断；（实际上，很多默认为 GPIO ，直接进行此步就可使用）
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还资源：卸载时释放，不占坑。
实操中若遇 "GPIO 申请失败""中断不触发"，先查 Pinctrl 配置和硬件接线