Documentation/gpio/consumer.txt

   1 GPIO Descriptor Consumer Interface
   2 ==================================
   3
   4 This document describes the consumer interface of the GPIO framework. Note that
   5 it describes the new descriptor-based interface. For a description of the
   6 deprecated integer-based GPIO interface please refer to gpio-legacy.txt.
   7
   8
   9 Guidelines for GPIOs consumers
  10 ==============================
  11
  12 Drivers that can't work without standard GPIO calls should have Kconfig entries
  13 that depend on GPIOLIB. The functions that allow a driver to obtain and use
  14 GPIOs are available by including the following file:
  15
  16         #include <linux/gpio/consumer.h>
  17
  18 All the functions that work with the descriptor-based GPIO interface are
  19 prefixed with gpiod_. The gpio_ prefix is used for the legacy interface. No
  20 other function in the kernel should use these prefixes.
  21
  22
  23 Obtaining and Disposing GPIOs
  24 =============================
  25
  26 With the descriptor-based interface, GPIOs are identified with an opaque,
  27 non-forgeable handler that must be obtained through a call to one of the
  28 gpiod_get() functions. Like many other kernel subsystems, gpiod_get() takes the
  29 device that will use the GPIO and the function the requested GPIO is supposed to
  30 fulfill:
  31
  32         struct gpio_desc *gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id,
  33                                     enum gpiod_flags flags)
  34
  35 If a function is implemented by using several GPIOs together (e.g. a simple LED
  36 device that displays digits), an additional index argument can be specified:
  37
  38         struct gpio_desc *gpiod_get_index(struct device *dev,
  39                                           const char *con_id, unsigned int idx,
  40                                           enum gpiod_flags flags)
  41
  42 The flags parameter is used to optionally specify a direction and initial value
  43 for the GPIO. Values can be:
  44
  45 * GPIOD_ASIS or 0 to not initialize the GPIO at all. The direction must be set
  46   later with one of the dedicated functions.
  47 * GPIOD_IN to initialize the GPIO as input.
  48 * GPIOD_OUT_LOW to initialize the GPIO as output with a value of 0.
  49 * GPIOD_OUT_HIGH to initialize the GPIO as output with a value of 1.
  50
  51 Both functions return either a valid GPIO descriptor, or an error code checkable
  52 with IS_ERR() (they will never return a NULL pointer). -ENOENT will be returned
  53 if and only if no GPIO has been assigned to the device/function/index triplet,
  54 other error codes are used for cases where a GPIO has been assigned but an error
  55 occurred while trying to acquire it. This is useful to discriminate between mere
  56 errors and an absence of GPIO for optional GPIO parameters. For the common
  57 pattern where a GPIO is optional, the gpiod_get_optional() and
  58 gpiod_get_index_optional() functions can be used. These functions return NULL
  59 instead of -ENOENT if no GPIO has been assigned to the requested function:
  60
  61         struct gpio_desc *gpiod_get_optional(struct device *dev,
  62                                              const char *con_id,
  63                                              enum gpiod_flags flags)
  64
  65         struct gpio_desc *gpiod_get_index_optional(struct device *dev,
  66                                                    const char *con_id,
  67                                                    unsigned int index,
  68                                                    enum gpiod_flags flags)
  69
  70 For a function using multiple GPIOs all of those can be obtained with one call:
  71
  72         struct gpio_descs *gpiod_get_array(struct device *dev,
  73                                            const char *con_id,
  74                                            enum gpiod_flags flags)
  75
  76 This function returns a struct gpio_descs which contains an array of
  77 descriptors:
  78
  79         struct gpio_descs {
  80                 unsigned int ndescs;
  81                 struct gpio_desc *desc[];
  82         }
  83
  84 The following function returns NULL instead of -ENOENT if no GPIOs have been
  85 assigned to the requested function:
  86
  87         struct gpio_descs *gpiod_get_array_optional(struct device *dev,
  88                                                     const char *con_id,
  89                                                     enum gpiod_flags flags)
  90
  91 Device-managed variants of these functions are also defined:
  92
  93         struct gpio_desc *devm_gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id,
  94                                          enum gpiod_flags flags)
  95
  96         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_index(struct device *dev,
  97                                                const char *con_id,
  98                                                unsigned int idx,
  99                                                enum gpiod_flags flags)
 100
 101         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_optional(struct device *dev,
 102                                                   const char *con_id,
 103                                                   enum gpiod_flags flags)
 104
 105         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_index_optional(struct device *dev,
 106                                                         const char *con_id,
 107                                                         unsigned int index,
 108                                                         enum gpiod_flags flags)
 109
 110         struct gpio_descs *devm_gpiod_get_array(struct device *dev,
 111                                                 const char *con_id,
 112                                                 enum gpiod_flags flags)
 113
 114         struct gpio_descs *devm_gpiod_get_array_optional(struct device *dev,
 115                                                          const char *con_id,
 116                                                          enum gpiod_flags flags)
 117
 118 A GPIO descriptor can be disposed of using the gpiod_put() function:
 119
 120         void gpiod_put(struct gpio_desc *desc)
 121
 122 For an array of GPIOs this function can be used:
 123
 124         void gpiod_put_array(struct gpio_descs *descs)
 125
 126 It is strictly forbidden to use a descriptor after calling these functions.
 127 It is also not allowed to individually release descriptors (using gpiod_put())
 128 from an array acquired with gpiod_get_array().
 129
 130 The device-managed variants are, unsurprisingly:
 131
 132         void devm_gpiod_put(struct device *dev, struct gpio_desc *desc)
 133
 134         void devm_gpiod_put_array(struct device *dev, struct gpio_descs *descs)
 135
 136
 137 Using GPIOs
 138 ===========
 139
 140 Setting Direction
 141 -----------------
 142 The first thing a driver must do with a GPIO is setting its direction. If no
 143 direction-setting flags have been given to gpiod_get*(), this is done by
 144 invoking one of the gpiod_direction_*() functions:
 145
 146         int gpiod_direction_input(struct gpio_desc *desc)
 147         int gpiod_direction_output(struct gpio_desc *desc, int value)
 148
 149 The return value is zero for success, else a negative errno. It should be
 150 checked, since the get/set calls don't return errors and since misconfiguration
 151 is possible. You should normally issue these calls from a task context. However,
 152 for spinlock-safe GPIOs it is OK to use them before tasking is enabled, as part
 153 of early board setup.
 154
 155 For output GPIOs, the value provided becomes the initial output value. This
 156 helps avoid signal glitching during system startup.
 157
 158 A driver can also query the current direction of a GPIO:
 159
 160         int gpiod_get_direction(const struct gpio_desc *desc)
 161
 162 This function will return either GPIOF_DIR_IN or GPIOF_DIR_OUT.
 163
 164 Be aware that there is no default direction for GPIOs. Therefore, **using a GPIO
 165 without setting its direction first is illegal and will result in undefined
 166 behavior!**
 167
 168
 169 Spinlock-Safe GPIO Access
 170 -------------------------
 171 Most GPIO controllers can be accessed with memory read/write instructions. Those
 172 don't need to sleep, and can safely be done from inside hard (non-threaded) IRQ
 173 handlers and similar contexts.
 174
 175 Use the following calls to access GPIOs from an atomic context:
 176
 177         int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc);
 178         void gpiod_set_value(struct gpio_desc *desc, int value);
 179
 180 The values are boolean, zero for low, nonzero for high. When reading the value
 181 of an output pin, the value returned should be what's seen on the pin. That
 182 won't always match the specified output value, because of issues including
 183 open-drain signaling and output latencies.
 184
 185 The get/set calls do not return errors because "invalid GPIO" should have been
 186 reported earlier from gpiod_direction_*(). However, note that not all platforms
 187 can read the value of output pins; those that can't should always return zero.
 188 Also, using these calls for GPIOs that can't safely be accessed without sleeping
 189 (see below) is an error.
 190
 191
 192 GPIO Access That May Sleep
 193 --------------------------
 194 Some GPIO controllers must be accessed using message based buses like I2C or
 195 SPI. Commands to read or write those GPIO values require waiting to get to the
 196 head of a queue to transmit a command and get its response. This requires
 197 sleeping, which can't be done from inside IRQ handlers.
 198
 199 Platforms that support this type of GPIO distinguish them from other GPIOs by
 200 returning nonzero from this call:
 201
 202         int gpiod_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
 203
 204 To access such GPIOs, a different set of accessors is defined:
 205
 206         int gpiod_get_value_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
 207         void gpiod_set_value_cansleep(struct gpio_desc *desc, int value)
 208
 209 Accessing such GPIOs requires a context which may sleep, for example a threaded
 210 IRQ handler, and those accessors must be used instead of spinlock-safe
 211 accessors without the cansleep() name suffix.
 212
 213 Other than the fact that these accessors might sleep, and will work on GPIOs
 214 that can't be accessed from hardIRQ handlers, these calls act the same as the
 215 spinlock-safe calls.
 216
 217
 218 Active-low State and Raw GPIO Values
 219 ------------------------------------
 220 Device drivers like to manage the logical state of a GPIO, i.e. the value their
 221 device will actually receive, no matter what lies between it and the GPIO line.
 222 In some cases, it might make sense to control the actual GPIO line value. The
 223 following set of calls ignore the active-low property of a GPIO and work on the
 224 raw line value:
 225
 226         int gpiod_get_raw_value(const struct gpio_desc *desc)
 227         void gpiod_set_raw_value(struct gpio_desc *desc, int value)
 228         int gpiod_get_raw_value_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
 229         void gpiod_set_raw_value_cansleep(struct gpio_desc *desc, int value)
 230         int gpiod_direction_output_raw(struct gpio_desc *desc, int value)
 231
 232 The active-low state of a GPIO can also be queried using the following call:
 233
 234         int gpiod_is_active_low(const struct gpio_desc *desc)
 235
 236 Note that these functions should only be used with great moderation ; a driver
 237 should not have to care about the physical line level.
 238
 239
 240 The active-low property
 241 -----------------------
 242
 243 As a driver should not have to care about the physical line level, all of the
 244 gpiod_set_value_xxx() or gpiod_set_array_value_xxx() functions operate with
 245 the *logical* value. With this they take the active-low property into account.
 246 This means that they check whether the GPIO is configured to be active-low,
 247 and if so, they manipulate the passed value before the physical line level is
 248 driven.
 249
 250 With this, all the gpiod_set_(array)_value_xxx() functions interpret the
 251 parameter "value" as "active" ("1") or "inactive" ("0"). The physical line
 252 level will be driven accordingly.
 253
 254 As an example, if the active-low property for a dedicated GPIO is set, and the
 255 gpiod_set_(array)_value_xxx() passes "active" ("1"), the physical line level
 256 will be driven low.
 257
 258 To summarize:
 259
 260 Function (example)               active-low proporty  physical line
 261 gpiod_set_raw_value(desc, 0);        don't care           low
 262 gpiod_set_raw_value(desc, 1);        don't care           high
 263 gpiod_set_value(desc, 0);       default (active-high)     low
 264 gpiod_set_value(desc, 1);       default (active-high)     high
 265 gpiod_set_value(desc, 0);             active-low          high
 266 gpiod_set_value(desc, 1);             active-low          low
 267
 268 Please note again that the set_raw/get_raw functions should be avoided as much
 269 as possible, especially by drivers which should not care about the actual
 270 physical line level and worry about the logical value instead.
 271
 272
 273 Set multiple GPIO outputs with a single function call
 274 -----------------------------------------------------
 275 The following functions set the output values of an array of GPIOs:
 276
 277         void gpiod_set_array_value(unsigned int array_size,
 278                                    struct gpio_desc **desc_array,
 279                                    int *value_array)
 280         void gpiod_set_raw_array_value(unsigned int array_size,
 281                                        struct gpio_desc **desc_array,
 282                                        int *value_array)
 283         void gpiod_set_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
 284                                             struct gpio_desc **desc_array,
 285                                             int *value_array)
 286         void gpiod_set_raw_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
 287                                                 struct gpio_desc **desc_array,
 288                                                 int *value_array)
 289
 290 The array can be an arbitrary set of GPIOs. The functions will try to set
 291 GPIOs belonging to the same bank or chip simultaneously if supported by the
 292 corresponding chip driver. In that case a significantly improved performance
 293 can be expected. If simultaneous setting is not possible the GPIOs will be set
 294 sequentially.
 295
 296 The gpiod_set_array() functions take three arguments:
 297         * array_size    - the number of array elements
 298         * desc_array    - an array of GPIO descriptors
 299         * value_array   - an array of values to assign to the GPIOs
 300
 301 The descriptor array can be obtained using the gpiod_get_array() function
 302 or one of its variants. If the group of descriptors returned by that function
 303 matches the desired group of GPIOs, those GPIOs can be set by simply using
 304 the struct gpio_descs returned by gpiod_get_array():
 305
 306         struct gpio_descs *my_gpio_descs = gpiod_get_array(...);
 307         gpiod_set_array_value(my_gpio_descs->ndescs, my_gpio_descs->desc,
 308                               my_gpio_values);
 309
 310 It is also possible to set a completely arbitrary array of descriptors. The
 311 descriptors may be obtained using any combination of gpiod_get() and
 312 gpiod_get_array(). Afterwards the array of descriptors has to be setup
 313 manually before it can be used with gpiod_set_array().
 314
 315 Note that for optimal performance GPIOs belonging to the same chip should be
 316 contiguous within the array of descriptors.
 317
 318
 319 GPIOs mapped to IRQs
 320 --------------------
 321 GPIO lines can quite often be used as IRQs. You can get the IRQ number
 322 corresponding to a given GPIO using the following call:
 323
 324         int gpiod_to_irq(const struct gpio_desc *desc)
 325
 326 It will return an IRQ number, or a negative errno code if the mapping can't be
 327 done (most likely because that particular GPIO cannot be used as IRQ). It is an
 328 unchecked error to use a GPIO that wasn't set up as an input using
 329 gpiod_direction_input(), or to use an IRQ number that didn't originally come
 330 from gpiod_to_irq(). gpiod_to_irq() is not allowed to sleep.
 331
 332 Non-error values returned from gpiod_to_irq() can be passed to request_irq() or
 333 free_irq(). They will often be stored into IRQ resources for platform devices,
 334 by the board-specific initialization code. Note that IRQ trigger options are
 335 part of the IRQ interface, e.g. IRQF_TRIGGER_FALLING, as are system wakeup
 336 capabilities.
 337
 338
 339 GPIOs and ACPI
 340 ==============
 341
 342 On ACPI systems, GPIOs are described by GpioIo()/GpioInt() resources listed by
 343 the _CRS configuration objects of devices.  Those resources do not provide
 344 connection IDs (names) for GPIOs, so it is necessary to use an additional
 345 mechanism for this purpose.
 346
 347 Systems compliant with ACPI 5.1 or newer may provide a _DSD configuration object
 348 which, among other things, may be used to provide connection IDs for specific
 349 GPIOs described by the GpioIo()/GpioInt() resources in _CRS.  If that is the
 350 case, it will be handled by the GPIO subsystem automatically.  However, if the
 351 _DSD is not present, the mappings between GpioIo()/GpioInt() resources and GPIO
 352 connection IDs need to be provided by device drivers.
 353
 354 For details refer to Documentation/acpi/gpio-properties.txt
 355
 356
 357 Interacting With the Legacy GPIO Subsystem
 358 ==========================================
 359 Many kernel subsystems still handle GPIOs using the legacy integer-based
 360 interface. Although it is strongly encouraged to upgrade them to the safer
 361 descriptor-based API, the following two functions allow you to convert a GPIO
 362 descriptor into the GPIO integer namespace and vice-versa:
 363
 364         int desc_to_gpio(const struct gpio_desc *desc)
 365         struct gpio_desc *gpio_to_desc(unsigned gpio)
 366
 367 The GPIO number returned by desc_to_gpio() can be safely used as long as the
 368 GPIO descriptor has not been freed. All the same, a GPIO number passed to
 369 gpio_to_desc() must have been properly acquired, and usage of the returned GPIO
 370 descriptor is only possible after the GPIO number has been released.
 371
 372 Freeing a GPIO obtained by one API with the other API is forbidden and an
 373 unchecked error.