Linux的GPIO子系统(gpiolib)的原理详解【每个GPIO控制器对应于一个gpio_chip结构体】【如何查看每个GPIO控制器的详细情况】【如何利用其操作具体的GPIO口】

引言

GPIO是高频使用的硬件资源，所以Linux专门搞了一套GPIO子系统来对其进行管理，目的就是方便大家使用片上或板上的GPIO资源。

虽然之前已经利用GPIO子系统来实现过LED的驱动和按键的中断驱动了，但是对GPIO子系统的原理和结构还是比较模糊的，所以在这篇博文中仔细学习一下GPIO子系统。
之前用GPIO子系统来实现LED的驱动和按键的中断驱动的博文链接如下：
https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145119224
https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145176361

重要概念:对各个GPIO口的操作,是通过GPIO控制器实现的

对各个 GPIO 口（GPIO 引脚）的操作，是通过 GPIO 控制器（GPIO Controller）实现的。
在 Linux 内核中，GPIO 控制器由 GPIO 控制器驱动 管理，并通过 GPIO 子系统（gpiolib） 统一提供 API，使用户空间和其他内核驱动可以方便地访问 GPIO 口。

GPIO 控制器（GPIO Controller） 是一个管理多个 GPIO 引脚的硬件模块，通常集成在 SoC（如 IMX6ULL）中。它的主要作用是：

• 通过 寄存器 控制 GPIO 口的 输入/输出 模式
• 允许 使能/禁用 GPIO 口
• 提供 中断控制（如果支持）
• 管理 复用功能（Muxing）（部分引脚可能被复用为其他功能，如 I2C、UART、PWM）

在 Linux 中，GPIO 控制器通常会注册为一个 gpio_chip，并由 GPIO 子系统（gpiolib) 进行统一管理。对于 IMX6ULL，GPIO 控制器由 gpio-mxc 驱动管理。

GPIO子系统(gpiolib)的原理

问：gpiolib是不是就是我们所说的GPIO子系统？

是的，gpiolib 就是我们通常所说的 GPIO 子系统（GPIO Subsystem）！

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1. 什么是 gpiolib？

gpiolib（GPIO Library）是 Linux 内核中的 GPIO 子系统，它提供了一套 统一的 GPIO 处理框架，用于管理不同 SoC 平台的 GPIO 控制器。

它的主要功能包括：

• 管理 GPIO 控制器（gpiochip）：支持多个 GPIO 控制器（比如 gpiochip0、gpiochip1）。
• 提供 /sys/class/gpio/ 接口（Legacy sysfs，较老的方法）。
• 支持 gpiod_*() API（更现代的 libgpiod 接口）。
• 支持 GPIO 消息通知（如 gpio_request_irq() 处理中断）。
• 抽象不同硬件的 GPIO 访问方式（比如基于 I2C、SPI、SoC 内部 GPIO 控制器）。

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2. gpiolib 与 GPIO 子系统的关系

在 Linux 内核架构中：

• GPIO 子系统 = gpiolib + 各个 GPIO 驱动
• GPIO 控制器（gpiochip）是具体的硬件设备，而 gpiolib 负责提供管理框架。

可以简单理解为：

Linux 内核
└── GPIO 子系统（gpiolib）
    ├── GPIO 控制器驱动（如 `fsl-imx6ul-gpio`）
    ├── GPIO 用户接口（sysfs、libgpiod、device tree）
    ├── GPIO 虚拟总线（/sys/bus/gpio/）

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3.gpio_chip 结构体的介绍(核心数据结构)

gpio_chip 结构体是 Linux 内核 GPIO 子系统（gpiolib） 用来表示 GPIO 控制器（GPIO Controller） 的数据结构，每个 GPIO 控制器都必须有一个对应的 gpio_chip 结构体。可以说它是GPIO 子系统（gpiolib）的核心数据结构。

struct gpio_chip {
   
    const char *label;          // 控制器名称
    struct device *parent;      // 父设备
    int base;                   // GPIO 编号基地址（-1 代表动态分配）
    u16 ngpio;                  // 控制的 GPIO 数量
    struct module *owner;       // 所属驱动模块
    int (*direction_input)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset);
    int (*direction_output)(struct gpio_chip *chip,