在 Pinctrl 子系统中 引脚组（Groups） 和 功能（Functions）

在 Linux 的 pinctrl 子系统中，引脚组（Groups） 和 功能（Functions） 是两个核心抽象概念，用于描述硬件引脚的逻辑配置。以下是它们的详细解析及协作关系：

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1. 引脚组（Groups）

1.1 定义

• 引脚组是物理引脚的逻辑集合，表示一组需要统一配置的引脚。
• 例如：SPI 控制器需要 SCK, MISO, MOSI, CS 四个引脚，可定义为一个引脚组 spi0_pins。

1.2 关键特性

• 原子性配置：对引脚组的配置（如复用、电气参数）会一次性应用到组内所有引脚。
• 硬件无关性：通过设备树定义，驱动代码无需关心具体引脚编号。
• 动态切换：支持运行时切换引脚组状态（如从 default 切换到 sleep）。

1.3 设备树定义示例

spi0_pins: spi0-pins {
    rockchip,pins = <
        PINMUX_GPIO0_A0  // SCK
        PINMUX_GPIO0_A1  // MISO
        PINMUX_GPIO0_A2  // MOSI
        PINMUX_GPIO0_A3  // CS
    >;
    rockchip,function = "spi0"; // 默认功能为 SPI
    bias-pull-up;       // 组内所有引脚启用上拉
};

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2. 功能（Functions）

2.1 定义

• 功能表示引脚组的逻辑用途，即引脚被配置为执行特定外设任务（如 UART、I2C）或 GPIO。
• 例如：spi0 功能表示将 spi0_pins 引脚组配置为 SPI 控制器使用。

2.2 关键特性

• 复用控制：同一引脚组可被分配给不同功能（如 gpio 或 spi0）。
• 状态管理：功能可定义多个状态（如 default/sleep），支持动态切换。
• 驱动绑定：功能与具体外设驱动关联，驱动通过选择功能激活对应引脚配置。

2.3 设备树定义示例

spi0_function: spi0-function {
    rockchip,groups = "spi0_pins"; // 关联到 spi0_pins 引脚组
    rockchip,function = "spi0";    // 功能名称
    rockchip,drive = <8>;          // 驱动强度配置（可选）
};

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3. 协作关系：Groups + Functions = 完整配置

3.1 配置流程

1. 定义引脚组：在设备树中声明物理引脚集合及默认配置。
2. 定义功能：将引脚组绑定到特定功能，并附加额外配置（如驱动强度）。
3. 状态管理：为功能定义多个状态（如 default/sleep），实现动态切换。

3.2 驱动使用示例

// 1. 获取 pinctrl 设备
struct pinctrl *pctl = devm_pinctrl_get(&pdev->dev);

// 2. 查找功能（如 "spi0"）
struct pinctrl_state *state_default = pinctrl_lookup_state(pctl, "default");

// 3. 选择功能，激活对应引脚配置
pinctrl_select_state(pctl, state_default);

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4. 实际应用场景

4.1 外设初始化

• 场景：SPI 控制器驱动初始化时需配置引脚为 SPI 功能。
• 流程：
  1. 解析设备树中的 spi0_pins 引脚组和 spi0_function 功能。
  2. 调用 pinctrl_select_state 激活 spi0 功能。
  3. 硬件引脚自动配置为 SPI 模式（SCK/MISO/MOSI/CS）。

4.2 电源管理

• 场景：系统进入低功耗模式时需关闭未使用引脚的上拉。
• 流程：
  1. 定义 sleep 状态，禁用引脚组的 bias-pull-up。
  2. 通过 pinctrl_select_state 切换到 sleep 状态。
  3. 硬件引脚进入低功耗配置。

4.3 板级定制

• 场景：同一内核支持不同硬件变体（如开发板与量产板）。
• 流程：
  1. 为不同硬件版本编写设备树片段，定义差异化的引脚组和功能。
  2. 内核通过设备树自动适配，驱动代码无需修改。

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5. 底层实现原理

5.1 数据结构关联

• struct pinctrl_desc：描述 pinctrl 控制器支持的引脚组和功能。
• struct pinctrl_map：关联引脚组、功能与状态，形成配置链表。

5.2 状态切换逻辑

1. 解析设备树：构建 pinctrl_map 链表，记录所有可能的配置。
2. 选择状态：通过 pinctrl_select_state 遍历链表，找到匹配的配置。
3. 配置硬件：调用底层驱动（如 pinctrl_ops）写入寄存器，应用配置。

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总结

• 引脚组（Groups）：物理引脚的逻辑集合，定义配置的原子单元。
• 功能（Functions）：引脚组的逻辑用途，绑定到具体外设或 GPIO。
• 协作关系：通过设备树定义配置，驱动通过选择功能激活引脚组配置，实现硬件资源的灵活管理。

这种设计使得 Linux 内核能够以统一的方式管理不同硬件平台的引脚，同时支持动态配置切换，显著提升了内核的可移植性和硬件适配能力。