Linux驱动入门（6.2）按键驱动和LED驱动 --- 将逻辑电平与物理电平分离

前言

（1）在学习完Linux驱动入门（6）LED驱动—设备树之后，我们发现一个问题，设备树明明的gpios信息明明有三个元素gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; &gpio5 3 用来确定控制那个引脚，而GPIO_ACTIVE_LOW究竟有什么用呢？
（2）通过前面的实验，我们发现，GPIO_ACTIVE_LOW似乎是没有使用上的。那么写上这个有什么用呢？
（3）Linux设备树中既然设置了这个元素，那么肯定是有意义的。接下来，我将讲解Linux中逻辑电平和物理电平之间的关系。

逻辑电平的意义

为什么需要逻辑电平

（1）在前面的代码里面，我们发现如果这个LED驱动硬件发生了改动，比如GND和VCC位置调整一下，代码就要进行比较多的改动。因为Linux的代码很多，很容易漏掉某个地方，导致硬件上的小改动，明明写好的软件又要做很多工作，调试，检查。
（2）Linux要与硬件进行强隔离，所以提出了逻辑电平的概念。

逻辑电平和物理电平的关系

（1）物理电平就是真实的电压值，物理电平1是指真实的高电平。例如TTL标准中，如果引脚接受到的是3.3V，那么就是1。如果引脚接受到的是0V，那么就是0。
（2）逻辑电平就是抽象出来的逻辑状态，逻辑电平的1是指有效电平。例如，上面左边的图，按键被按下，引脚为低电平，因此低电平是有效电平，对于这个按键的逻辑电平来说，1就是低电平。而右边这张图相反。

引入逻辑电平的好处

（1）引入逻辑电平之后，如果硬件只是有效电平发生了改变，驱动程序上就不再需要改动了。我们只需要将设备树中的gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;改成gpios = <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_HIGH>;即可。
（2）这样做，能够实现软件和硬件上的强隔离作用，让同一个驱动程序对于各种类似的硬件上有更高适配能力。

编程中与上文的区别

（1）在讲解Linux驱动入门（4）LED驱动的时候，我提及了几个GPIO子系统函数进行了讲解介绍。而本文需要讲解的函数，其本质上也不过是这个几个函数的微调，底层调用的函数大差不差，感兴趣的可以自行阅读源码。既然只是微调，为什么不把老版本的删了？这当然是为了兼容老版本代码，所以没有删除他们。

of_get_gpio_flags()获取GPIO信息

函数介绍

（1）在上文中，我们获取gpio引脚号是调用的of_get_gpio()这个函数，而本文是使用的of_get_gpio_flags()函数。
（2）如果阅读源码会发现，of_get_gpio()就是调用的of_get_gpio_flags()函数，不过第三个参数是传入的一个空指针，并没有获取有效电平信息。

/* 作用 ： 从设备树中获取GPIO引脚的标志信息的函数* 传入参数 ：* np ：设备节点* index ： 节点中的索引* flags ： 存储有效电平的信息* 返回值 ： GPIO的引脚号
*/
int of_get_gpio_flags(struct device_node *np, int index, enum of_gpio_flags *flags)

原来获取GPIO信息

gpios[i].gpio = of_get_gpio(np, i);   //获得gpio信息

现在获取GPIO信息

gpios[i].gpio = of_get_gpio_flags(np, i, &flag);

devm_gpio_request_one()设置引脚初始化

函数介绍

（1）在上文中，我们是调用gpio_request()函数申请到GPIO，然后使用gpio_direction_output()函数将引脚设置成输出。
（2）现在这里只需要调用一个devm_gpio_request_one()函数即可。
（3）虽然这里调用的函数少了，但是需要进行的操作也变多了。

/* 作用 ： 从设备树中获取GPIO引脚的标志信息的函数* 传入参数 ：* dev ：要申请GPIO的设备* gpio ： 引脚号* flags ： 有效电平，引脚的输入输出方向，默认输出电平（物理电平）信息* label ： 注册GPIO时候的名字* 返回值 ： 如果返回值小于0，表示申请失败
*/
int devm_gpio_request_one(struct device *dev, unsigned gpio,unsigned long flags, const char *label)

原来设置GPIO

/*------------GPIO设置成默认低电平输出------------*/
//申请指定GPIO引脚，申请的时候需要用到名字
err = gpio_request(gpios[i].gpio, gpios[i].name);
//如果返回值小于0，表示申请失败
if (err < 0) 
{//如果GPIO申请失败，打印出是哪个LED申请出现问题printk("can not request gpio %s \n", gpios[i].name);return -ENODEV;
}
//如果GPIO申请成功，设置输出低电平
gpio_direction_output(gpios[i].gpio, 0);
/*------------GPIO设置成默认高电平输出------------*/
//申请指定GPIO引脚，申请的时候需要用到名字
err = gpio_request(gpios[i].gpio, gpios[i].name);
//如果返回值小于0，表示申请失败
if (err < 0) 
{//如果GPIO申请失败，打印出是哪个LED申请出现问题printk("can not request gpio %s \n", gpios[i].name);return -ENODEV;
}
//如果GPIO申请成功，设置输出高电平
gpio_direction_output(gpios[i].gpio, 1);
/*------------GPIO设置成输入------------*/
//申请指定GPIO引脚，申请的时候需要用到名字
err = gpio_request(gpios[i].gpio, gpios[i].name);
//如果返回值小于0，表示申请失败
if (err < 0) 
{//如果GPIO申请失败，打印出是哪个LED申请出现问题printk("can not request gpio %s \n", gpios[i].name);return -ENODEV;
}
//如果GPIO申请成功，设置为输入引脚
gpio_direction_input(gpios[i].gpio);

现在设置GPIO

/*------------GPIO设置成默认低电平输出（注意，这里是物理电平）------------*/
gpios[i].flag = GPIOF_OUT_INIT_LOW;  //将GPIO设置成默认低电平输出（注意，这里是物理电平）
if (flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW) //判断有效电平是否为低电平
{gpios[i].flag |= GPIOF_ACTIVE_LOW;
}
printk("gpios[%d].flag is %d \r\n",i,gpios[i].flag); 
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, gpios[i].gpio, gpios[i].flag, gpios[i].name);
//如果返回值小于0，表示申请失败
if (err < 0) 
{//如果GPIO申请失败，打印出是哪个LED申请出现问题printk("can not request gpio %s \n", gpios[i].name);return -ENODEV;
}
/*------------GPIO设置成默认高电平输出（注意，这里是物理电平）------------*/
gpios[i].flag = GPIOF_OUT_INIT_HIGH;  //将GPIO设置成默认高电平输出（注意，这里是物理电平）
if (flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW) //判断有效电平是否为低电平
{gpios[i].flag |= GPIOF_ACTIVE_LOW;
}
printk("gpios[%d].flag is %d \r\n",i,gpios[i].flag); 
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, gpios[i].gpio, gpios[i].flag, gpios[i].name);
//如果返回值小于0，表示申请失败
if (err < 0) 
{//如果GPIO申请失败，打印出是哪个LED申请出现问题printk("can not request gpio %s \n", gpios[i].name);return -ENODEV;
}
/*------------GPIO设置成输入------------*/
gpios[i].flag = GPIOF_IN;  //将引脚设置成输入方向
if (flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW)  //判断有效电平是否为低电平
{gpios[i].flag |= GPIOF_ACTIVE_LOW;
}
printk("gpios[%d].flag is %d \r\n",i,gpios[i].flag); 
err = devm_gpio_request_one(&pdev->dev, gpios[i].gpio, gpios[i].flag, gpios[i].name);
//如果返回值小于0，表示申请失败
if (err < 0) 
{//如果GPIO申请失败，打印出是哪个LED申请出现问题printk("can not request gpio %s \n", gpios[i].name);return -ENODEV;
}

gpiod_set_value()设置引脚输出电平（逻辑电平）

函数介绍

（1）上文我们调用gpio_set_value()函数是设置的物理电平，而本文将会使用gpiod_set_value()函数设置逻辑电平。
（2）感兴趣的朋友可以看看gpio_set_value()函数和gpiod_set_value()函数的底层实现，我们会发现他们都调用了gpiod_set_raw_value()函数。只不过gpio_set_value()是直接将自己的参数传递进去，而gpiod_set_value()函数会判断有效电平信息，然后根据有效电平信息翻转Value值。
（3）这里需要注意的一点是，gpiod_set_value()函数第一参数传入的是gpio_desc结构体类型指针，而gpio_set_value()传入的是引脚号。我们可以调用gpio_to_desc()函数利用引脚号获得gpio_desc结构体类型指针。

原来设置GPIO输出电平（物理电平）

/* gpios[(int)tmp_buf[0]].gpio是引脚号* tmp_buf[1]是要设置的物理电平信息
*/
gpio_set_value(gpios[(int)tmp_buf[0]].gpio, tmp_buf[1]);

现在设置GPIO输出电平（逻辑电平）

（1）因为gpiod_set_value()函数第一个参数需要传入的是一个gpio_desc结构体。所以我在probe函数中获取，并且存入gpios结构体中。
（2）这里需要注意了，我们现在设置的是逻辑电平了。如果你的LED需要低电平点亮，你在设备树中设置了有效电平是低电平。那么现在gpiod_set_value()函数传入的第二个值，如果是1，输出的其实是低电平！！！

/*---- 在probe函数中我们使用了gpio_to_desc函数获得gpio_desc结构体 */
gpios[i].gpiod = gpio_to_desc(gpios[i].gpio);
/*---- 下面这段是在驱动程序中write函数中修改 */
/* gpios[(int)tmp_buf[0]].gpio是引脚号* tmp_buf[1]是要设置的物理电平信息
*/
gpiod_set_value(gpios[(int)tmp_buf[0]].gpiod, tmp_buf[1]);

需要注意gpio_desc结构体无法被访问

（1）这里有一个注意的点，gpio_desc结构体是Linux内核结构体。他与我们所编写的C文件编译环境是隔离的。所以我们没有访问gpio_desc结构体权限。这个问题卡了我很久，望各位了解。
（2）如果有头铁的兄弟说，哎，我就是牛逼，我就要访问，怎么滴？可以的，我也给头铁的兄弟们提供思路。

// 在对于的内核文件中写入下面这个宏，然后重新编译Linux内核。
EXPORT_SYMBOL(gpio_to_desc);

gpiod_get_value()获得引脚电平（逻辑电平）

函数介绍

（1）同样的道理，我们阅读gpiod_get_value()和gpio_get_value()函数源码会发现，他们都会调用gpiod_get_raw_value()函数获取真实的物理电平。
（2）但是，gpiod_get_value()会根据设备树中设置的有效电平，翻转gpiod_get_raw_value()函数返回值。而gpio_get_value()函数则是直接将gpiod_get_raw_value()函数返回值输出。
（3）因此gpiod_get_value()返回的是逻辑电平，gpio_get_value()返回的是物理电平。

原来获取GPIO电平（物理电平）

tmp_buf[1] = gpio_get_value(gpios[(int)tmp_buf[0]].gpio);

现在获取GPIO电平（逻辑电平）

（1）同输出电平一样，如果设备树中，LED驱动设置的有效电平是低电平。那么我们调用gpiod_get_value()函数发现LED的物理电平是高电平的时候，他返回的却是0！

tmp_buf[1] = gpiod_get_value(gpios[(int)tmp_buf[0]].gpiod);

总结

（1）将逻辑电平和物理电平隔离之后，驱动文件不再需要修改。如果硬件产生了更换，也只需要修改设备树。
（2）编写应用程序的程序员，也不需要管LED点亮到底是高电平还是低电平，在他眼里，输入1就是点亮，输入0就是熄灭。