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 For a more detailed description of the con_id parameter in the DeviceTree case
  43 see Documentation/gpio/board.txt
  44
  45 The flags parameter is used to optionally specify a direction and initial value
  46 for the GPIO. Values can be:
  47
  48 * GPIOD_ASIS or 0 to not initialize the GPIO at all. The direction must be set
  49   later with one of the dedicated functions.
  50 * GPIOD_IN to initialize the GPIO as input.
  51 * GPIOD_OUT_LOW to initialize the GPIO as output with a value of 0.
  52 * GPIOD_OUT_HIGH to initialize the GPIO as output with a value of 1.
  53
  54 Both functions return either a valid GPIO descriptor, or an error code checkable
  55 with IS_ERR() (they will never return a NULL pointer). -ENOENT will be returned
  56 if and only if no GPIO has been assigned to the device/function/index triplet,
  57 other error codes are used for cases where a GPIO has been assigned but an error
  58 occurred while trying to acquire it. This is useful to discriminate between mere
  59 errors and an absence of GPIO for optional GPIO parameters. For the common
  60 pattern where a GPIO is optional, the gpiod_get_optional() and
  61 gpiod_get_index_optional() functions can be used. These functions return NULL
  62 instead of -ENOENT if no GPIO has been assigned to the requested function:
  63
  64         struct gpio_desc *gpiod_get_optional(struct device *dev,
  65                                              const char *con_id,
  66                                              enum gpiod_flags flags)
  67
  68         struct gpio_desc *gpiod_get_index_optional(struct device *dev,
  69                                                    const char *con_id,
  70                                                    unsigned int index,
  71                                                    enum gpiod_flags flags)
  72
  73 For a function using multiple GPIOs all of those can be obtained with one call:
  74
  75         struct gpio_descs *gpiod_get_array(struct device *dev,
  76                                            const char *con_id,
  77                                            enum gpiod_flags flags)
  78
  79 This function returns a struct gpio_descs which contains an array of
  80 descriptors:
  81
  82         struct gpio_descs {
  83                 unsigned int ndescs;
  84                 struct gpio_desc *desc[];
  85         }
  86
  87 The following function returns NULL instead of -ENOENT if no GPIOs have been
  88 assigned to the requested function:
  89
  90         struct gpio_descs *gpiod_get_array_optional(struct device *dev,
  91                                                     const char *con_id,
  92                                                     enum gpiod_flags flags)
  93
  94 Device-managed variants of these functions are also defined:
  95
  96         struct gpio_desc *devm_gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id,
  97                                          enum gpiod_flags flags)
  98
  99         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_index(struct device *dev,
 100                                                const char *con_id,
 101                                                unsigned int idx,
 102                                                enum gpiod_flags flags)
 103
 104         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_optional(struct device *dev,
 105                                                   const char *con_id,
 106                                                   enum gpiod_flags flags)
 107
 108         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_index_optional(struct device *dev,
 109                                                         const char *con_id,
 110                                                         unsigned int index,
 111                                                         enum gpiod_flags flags)
 112
 113         struct gpio_descs *devm_gpiod_get_array(struct device *dev,
 114                                                 const char *con_id,
 115                                                 enum gpiod_flags flags)
 116
 117         struct gpio_descs *devm_gpiod_get_array_optional(struct device *dev,
 118                                                          const char *con_id,
 119                                                          enum gpiod_flags flags)
 120
 121 A GPIO descriptor can be disposed of using the gpiod_put() function:
 122
 123         void gpiod_put(struct gpio_desc *desc)
 124
 125 For an array of GPIOs this function can be used:
 126
 127         void gpiod_put_array(struct gpio_descs *descs)
 128
 129 It is strictly forbidden to use a descriptor after calling these functions.
 130 It is also not allowed to individually release descriptors (using gpiod_put())
 131 from an array acquired with gpiod_get_array().
 132
 133 The device-managed variants are, unsurprisingly:
 134
 135         void devm_gpiod_put(struct device *dev, struct gpio_desc *desc)
 136
 137         void devm_gpiod_put_array(struct device *dev, struct gpio_descs *descs)
 138
 139
 140 Using GPIOs
 141 ===========
 142
 143 Setting Direction
 144 -----------------
 145 The first thing a driver must do with a GPIO is setting its direction. If no
 146 direction-setting flags have been given to gpiod_get*(), this is done by
 147 invoking one of the gpiod_direction_*() functions:
 148
 149         int gpiod_direction_input(struct gpio_desc *desc)
 150         int gpiod_direction_output(struct gpio_desc *desc, int value)
 151
 152 The return value is zero for success, else a negative errno. It should be
 153 checked, since the get/set calls don't return errors and since misconfiguration
 154 is possible. You should normally issue these calls from a task context. However,
 155 for spinlock-safe GPIOs it is OK to use them before tasking is enabled, as part
 156 of early board setup.
 157
 158 For output GPIOs, the value provided becomes the initial output value. This
 159 helps avoid signal glitching during system startup.
 160
 161 A driver can also query the current direction of a GPIO:
 162
 163         int gpiod_get_direction(const struct gpio_desc *desc)
 164
 165 This function will return either GPIOF_DIR_IN or GPIOF_DIR_OUT.
 166
 167 Be aware that there is no default direction for GPIOs. Therefore, **using a GPIO
 168 without setting its direction first is illegal and will result in undefined
 169 behavior!**
 170
 171
 172 Spinlock-Safe GPIO Access
 173 -------------------------
 174 Most GPIO controllers can be accessed with memory read/write instructions. Those
 175 don't need to sleep, and can safely be done from inside hard (non-threaded) IRQ
 176 handlers and similar contexts.
 177
 178 Use the following calls to access GPIOs from an atomic context:
 179
 180         int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc);
 181         void gpiod_set_value(struct gpio_desc *desc, int value);
 182
 183 The values are boolean, zero for low, nonzero for high. When reading the value
 184 of an output pin, the value returned should be what's seen on the pin. That
 185 won't always match the specified output value, because of issues including
 186 open-drain signaling and output latencies.
 187
 188 The get/set calls do not return errors because "invalid GPIO" should have been
 189 reported earlier from gpiod_direction_*(). However, note that not all platforms
 190 can read the value of output pins; those that can't should always return zero.
 191 Also, using these calls for GPIOs that can't safely be accessed without sleeping
 192 (see below) is an error.
 193
 194
 195 GPIO Access That May Sleep
 196 --------------------------
 197 Some GPIO controllers must be accessed using message based buses like I2C or
 198 SPI. Commands to read or write those GPIO values require waiting to get to the
 199 head of a queue to transmit a command and get its response. This requires
 200 sleeping, which can't be done from inside IRQ handlers.
 201
 202 Platforms that support this type of GPIO distinguish them from other GPIOs by
 203 returning nonzero from this call:
 204
 205         int gpiod_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
 206
 207 To access such GPIOs, a different set of accessors is defined:
 208
 209         int gpiod_get_value_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
 210         void gpiod_set_value_cansleep(struct gpio_desc *desc, int value)
 211
 212 Accessing such GPIOs requires a context which may sleep, for example a threaded
 213 IRQ handler, and those accessors must be used instead of spinlock-safe
 214 accessors without the cansleep() name suffix.
 215
 216 Other than the fact that these accessors might sleep, and will work on GPIOs
 217 that can't be accessed from hardIRQ handlers, these calls act the same as the
 218 spinlock-safe calls.
 219
 220
 221 Active-low State and Raw GPIO Values
 222 ------------------------------------
 223 Device drivers like to manage the logical state of a GPIO, i.e. the value their
 224 device will actually receive, no matter what lies between it and the GPIO line.
 225 In some cases, it might make sense to control the actual GPIO line value. The
 226 following set of calls ignore the active-low property of a GPIO and work on the
 227 raw line value:
 228
 229         int gpiod_get_raw_value(const struct gpio_desc *desc)
 230         void gpiod_set_raw_value(struct gpio_desc *desc, int value)
 231         int gpiod_get_raw_value_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
 232         void gpiod_set_raw_value_cansleep(struct gpio_desc *desc, int value)
 233         int gpiod_direction_output_raw(struct gpio_desc *desc, int value)
 234
 235 The active-low state of a GPIO can also be queried using the following call:
 236
 237         int gpiod_is_active_low(const struct gpio_desc *desc)
 238
 239 Note that these functions should only be used with great moderation ; a driver
 240 should not have to care about the physical line level.
 241
 242
 243 The active-low property
 244 -----------------------
 245
 246 As a driver should not have to care about the physical line level, all of the
 247 gpiod_set_value_xxx() or gpiod_set_array_value_xxx() functions operate with
 248 the *logical* value. With this they take the active-low property into account.
 249 This means that they check whether the GPIO is configured to be active-low,
 250 and if so, they manipulate the passed value before the physical line level is
 251 driven.
 252
 253 With this, all the gpiod_set_(array)_value_xxx() functions interpret the
 254 parameter "value" as "active" ("1") or "inactive" ("0"). The physical line
 255 level will be driven accordingly.
 256
 257 As an example, if the active-low property for a dedicated GPIO is set, and the
 258 gpiod_set_(array)_value_xxx() passes "active" ("1"), the physical line level
 259 will be driven low.
 260
 261 To summarize:
 262
 263 Function (example)               active-low property  physical line
 264 gpiod_set_raw_value(desc, 0);        don't care           low
 265 gpiod_set_raw_value(desc, 1);        don't care           high
 266 gpiod_set_value(desc, 0);       default (active-high)     low
 267 gpiod_set_value(desc, 1);       default (active-high)     high
 268 gpiod_set_value(desc, 0);             active-low          high
 269 gpiod_set_value(desc, 1);             active-low          low
 270
 271 Please note again that the set_raw/get_raw functions should be avoided as much
 272 as possible, especially by drivers which should not care about the actual
 273 physical line level and worry about the logical value instead.
 274
 275
 276 Set multiple GPIO outputs with a single function call
 277 -----------------------------------------------------
 278 The following functions set the output values of an array of GPIOs:
 279
 280         void gpiod_set_array_value(unsigned int array_size,
 281                                    struct gpio_desc **desc_array,
 282                                    int *value_array)
 283         void gpiod_set_raw_array_value(unsigned int array_size,
 284                                        struct gpio_desc **desc_array,
 285                                        int *value_array)
 286         void gpiod_set_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
 287                                             struct gpio_desc **desc_array,
 288                                             int *value_array)
 289         void gpiod_set_raw_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
 290                                                 struct gpio_desc **desc_array,
 291                                                 int *value_array)
 292
 293 The array can be an arbitrary set of GPIOs. The functions will try to set
 294 GPIOs belonging to the same bank or chip simultaneously if supported by the
 295 corresponding chip driver. In that case a significantly improved performance
 296 can be expected. If simultaneous setting is not possible the GPIOs will be set
 297 sequentially.
 298
 299 The gpiod_set_array() functions take three arguments:
 300         * array_size    - the number of array elements
 301         * desc_array    - an array of GPIO descriptors
 302         * value_array   - an array of values to assign to the GPIOs
 303
 304 The descriptor array can be obtained using the gpiod_get_array() function
 305 or one of its variants. If the group of descriptors returned by that function
 306 matches the desired group of GPIOs, those GPIOs can be set by simply using
 307 the struct gpio_descs returned by gpiod_get_array():
 308
 309         struct gpio_descs *my_gpio_descs = gpiod_get_array(...);
 310         gpiod_set_array_value(my_gpio_descs->ndescs, my_gpio_descs->desc,
 311                               my_gpio_values);
 312
 313 It is also possible to set a completely arbitrary array of descriptors. The
 314 descriptors may be obtained using any combination of gpiod_get() and
 315 gpiod_get_array(). Afterwards the array of descriptors has to be setup
 316 manually before it can be used with gpiod_set_array().
 317
 318 Note that for optimal performance GPIOs belonging to the same chip should be
 319 contiguous within the array of descriptors.
 320
 321
 322 GPIOs mapped to IRQs
 323 --------------------
 324 GPIO lines can quite often be used as IRQs. You can get the IRQ number
 325 corresponding to a given GPIO using the following call:
 326
 327         int gpiod_to_irq(const struct gpio_desc *desc)
 328
 329 It will return an IRQ number, or a negative errno code if the mapping can't be
 330 done (most likely because that particular GPIO cannot be used as IRQ). It is an
 331 unchecked error to use a GPIO that wasn't set up as an input using
 332 gpiod_direction_input(), or to use an IRQ number that didn't originally come
 333 from gpiod_to_irq(). gpiod_to_irq() is not allowed to sleep.
 334
 335 Non-error values returned from gpiod_to_irq() can be passed to request_irq() or
 336 free_irq(). They will often be stored into IRQ resources for platform devices,
 337 by the board-specific initialization code. Note that IRQ trigger options are
 338 part of the IRQ interface, e.g. IRQF_TRIGGER_FALLING, as are system wakeup
 339 capabilities.
 340
 341
 342 GPIOs and ACPI
 343 ==============
 344
 345 On ACPI systems, GPIOs are described by GpioIo()/GpioInt() resources listed by
 346 the _CRS configuration objects of devices.  Those resources do not provide
 347 connection IDs (names) for GPIOs, so it is necessary to use an additional
 348 mechanism for this purpose.
 349
 350 Systems compliant with ACPI 5.1 or newer may provide a _DSD configuration object
 351 which, among other things, may be used to provide connection IDs for specific
 352 GPIOs described by the GpioIo()/GpioInt() resources in _CRS.  If that is the
 353 case, it will be handled by the GPIO subsystem automatically.  However, if the
 354 _DSD is not present, the mappings between GpioIo()/GpioInt() resources and GPIO
 355 connection IDs need to be provided by device drivers.
 356
 357 For details refer to Documentation/acpi/gpio-properties.txt
 358
 359
 360 Interacting With the Legacy GPIO Subsystem
 361 ==========================================
 362 Many kernel subsystems still handle GPIOs using the legacy integer-based
 363 interface. Although it is strongly encouraged to upgrade them to the safer
 364 descriptor-based API, the following two functions allow you to convert a GPIO
 365 descriptor into the GPIO integer namespace and vice-versa:
 366
 367         int desc_to_gpio(const struct gpio_desc *desc)
 368         struct gpio_desc *gpio_to_desc(unsigned gpio)
 369
 370 The GPIO number returned by desc_to_gpio() can be safely used as long as the
 371 GPIO descriptor has not been freed. All the same, a GPIO number passed to
 372 gpio_to_desc() must have been properly acquired, and usage of the returned GPIO
 373 descriptor is only possible after the GPIO number has been released.
 374
 375 Freeing a GPIO obtained by one API with the other API is forbidden and an
 376 unchecked error.