Merge branch 'timers-urgent-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / driver-api / gpio / legacy.rst
1 ======================
2 Legacy GPIO Interfaces
3 ======================
4
5 This provides an overview of GPIO access conventions on Linux.
6
7 These calls use the gpio_* naming prefix.  No other calls should use that
8 prefix, or the related __gpio_* prefix.
9
10
11 What is a GPIO?
12 ===============
13 A "General Purpose Input/Output" (GPIO) is a flexible software-controlled
14 digital signal.  They are provided from many kinds of chip, and are familiar
15 to Linux developers working with embedded and custom hardware.  Each GPIO
16 represents a bit connected to a particular pin, or "ball" on Ball Grid Array
17 (BGA) packages.  Board schematics show which external hardware connects to
18 which GPIOs.  Drivers can be written generically, so that board setup code
19 passes such pin configuration data to drivers.
20
21 System-on-Chip (SOC) processors heavily rely on GPIOs.  In some cases, every
22 non-dedicated pin can be configured as a GPIO; and most chips have at least
23 several dozen of them.  Programmable logic devices (like FPGAs) can easily
24 provide GPIOs; multifunction chips like power managers, and audio codecs
25 often have a few such pins to help with pin scarcity on SOCs; and there are
26 also "GPIO Expander" chips that connect using the I2C or SPI serial busses.
27 Most PC southbridges have a few dozen GPIO-capable pins (with only the BIOS
28 firmware knowing how they're used).
29
30 The exact capabilities of GPIOs vary between systems.  Common options:
31
32   - Output values are writable (high=1, low=0).  Some chips also have
33     options about how that value is driven, so that for example only one
34     value might be driven ... supporting "wire-OR" and similar schemes
35     for the other value (notably, "open drain" signaling).
36
37   - Input values are likewise readable (1, 0).  Some chips support readback
38     of pins configured as "output", which is very useful in such "wire-OR"
39     cases (to support bidirectional signaling).  GPIO controllers may have
40     input de-glitch/debounce logic, sometimes with software controls.
41
42   - Inputs can often be used as IRQ signals, often edge triggered but
43     sometimes level triggered.  Such IRQs may be configurable as system
44     wakeup events, to wake the system from a low power state.
45
46   - Usually a GPIO will be configurable as either input or output, as needed
47     by different product boards; single direction ones exist too.
48
49   - Most GPIOs can be accessed while holding spinlocks, but those accessed
50     through a serial bus normally can't.  Some systems support both types.
51
52 On a given board each GPIO is used for one specific purpose like monitoring
53 MMC/SD card insertion/removal, detecting card writeprotect status, driving
54 a LED, configuring a transceiver, bitbanging a serial bus, poking a hardware
55 watchdog, sensing a switch, and so on.
56
57
58 GPIO conventions
59 ================
60 Note that this is called a "convention" because you don't need to do it this
61 way, and it's no crime if you don't.  There **are** cases where portability
62 is not the main issue; GPIOs are often used for the kind of board-specific
63 glue logic that may even change between board revisions, and can't ever be
64 used on a board that's wired differently.  Only least-common-denominator
65 functionality can be very portable.  Other features are platform-specific,
66 and that can be critical for glue logic.
67
68 Plus, this doesn't require any implementation framework, just an interface.
69 One platform might implement it as simple inline functions accessing chip
70 registers; another might implement it by delegating through abstractions
71 used for several very different kinds of GPIO controller.  (There is some
72 optional code supporting such an implementation strategy, described later
73 in this document, but drivers acting as clients to the GPIO interface must
74 not care how it's implemented.)
75
76 That said, if the convention is supported on their platform, drivers should
77 use it when possible.  Platforms must select GPIOLIB if GPIO functionality
78 is strictly required.  Drivers that can't work without
79 standard GPIO calls should have Kconfig entries which depend on GPIOLIB.  The
80 GPIO calls are available, either as "real code" or as optimized-away stubs,
81 when drivers use the include file:
82
83         #include <linux/gpio.h>
84
85 If you stick to this convention then it'll be easier for other developers to
86 see what your code is doing, and help maintain it.
87
88 Note that these operations include I/O barriers on platforms which need to
89 use them; drivers don't need to add them explicitly.
90
91
92 Identifying GPIOs
93 -----------------
94 GPIOs are identified by unsigned integers in the range 0..MAX_INT.  That
95 reserves "negative" numbers for other purposes like marking signals as
96 "not available on this board", or indicating faults.  Code that doesn't
97 touch the underlying hardware treats these integers as opaque cookies.
98
99 Platforms define how they use those integers, and usually #define symbols
100 for the GPIO lines so that board-specific setup code directly corresponds
101 to the relevant schematics.  In contrast, drivers should only use GPIO
102 numbers passed to them from that setup code, using platform_data to hold
103 board-specific pin configuration data (along with other board specific
104 data they need).  That avoids portability problems.
105
106 So for example one platform uses numbers 32-159 for GPIOs; while another
107 uses numbers 0..63 with one set of GPIO controllers, 64-79 with another
108 type of GPIO controller, and on one particular board 80-95 with an FPGA.
109 The numbers need not be contiguous; either of those platforms could also
110 use numbers 2000-2063 to identify GPIOs in a bank of I2C GPIO expanders.
111
112 If you want to initialize a structure with an invalid GPIO number, use
113 some negative number (perhaps "-EINVAL"); that will never be valid.  To
114 test if such number from such a structure could reference a GPIO, you
115 may use this predicate:
116
117         int gpio_is_valid(int number);
118
119 A number that's not valid will be rejected by calls which may request
120 or free GPIOs (see below).  Other numbers may also be rejected; for
121 example, a number might be valid but temporarily unused on a given board.
122
123 Whether a platform supports multiple GPIO controllers is a platform-specific
124 implementation issue, as are whether that support can leave "holes" in the space
125 of GPIO numbers, and whether new controllers can be added at runtime.  Such issues
126 can affect things including whether adjacent GPIO numbers are both valid.
127
128 Using GPIOs
129 -----------
130 The first thing a system should do with a GPIO is allocate it, using
131 the gpio_request() call; see later.
132
133 One of the next things to do with a GPIO, often in board setup code when
134 setting up a platform_device using the GPIO, is mark its direction::
135
136         /* set as input or output, returning 0 or negative errno */
137         int gpio_direction_input(unsigned gpio);
138         int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);
139
140 The return value is zero for success, else a negative errno.  It should
141 be checked, since the get/set calls don't have error returns and since
142 misconfiguration is possible.  You should normally issue these calls from
143 a task context.  However, for spinlock-safe GPIOs it's OK to use them
144 before tasking is enabled, as part of early board setup.
145
146 For output GPIOs, the value provided becomes the initial output value.
147 This helps avoid signal glitching during system startup.
148
149 For compatibility with legacy interfaces to GPIOs, setting the direction
150 of a GPIO implicitly requests that GPIO (see below) if it has not been
151 requested already.  That compatibility is being removed from the optional
152 gpiolib framework.
153
154 Setting the direction can fail if the GPIO number is invalid, or when
155 that particular GPIO can't be used in that mode.  It's generally a bad
156 idea to rely on boot firmware to have set the direction correctly, since
157 it probably wasn't validated to do more than boot Linux.  (Similarly,
158 that board setup code probably needs to multiplex that pin as a GPIO,
159 and configure pullups/pulldowns appropriately.)
160
161
162 Spinlock-Safe GPIO access
163 -------------------------
164 Most GPIO controllers can be accessed with memory read/write instructions.
165 Those don't need to sleep, and can safely be done from inside hard
166 (nonthreaded) IRQ handlers and similar contexts.
167
168 Use the following calls to access such GPIOs,
169 for which gpio_cansleep() will always return false (see below)::
170
171         /* GPIO INPUT:  return zero or nonzero */
172         int gpio_get_value(unsigned gpio);
173
174         /* GPIO OUTPUT */
175         void gpio_set_value(unsigned gpio, int value);
176
177 The values are boolean, zero for low, nonzero for high.  When reading the
178 value of an output pin, the value returned should be what's seen on the
179 pin ... that won't always match the specified output value, because of
180 issues including open-drain signaling and output latencies.
181
182 The get/set calls have no error returns because "invalid GPIO" should have
183 been reported earlier from gpio_direction_*().  However, note that not all
184 platforms can read the value of output pins; those that can't should always
185 return zero.  Also, using these calls for GPIOs that can't safely be accessed
186 without sleeping (see below) is an error.
187
188 Platform-specific implementations are encouraged to optimize the two
189 calls to access the GPIO value in cases where the GPIO number (and for
190 output, value) are constant.  It's normal for them to need only a couple
191 of instructions in such cases (reading or writing a hardware register),
192 and not to need spinlocks.  Such optimized calls can make bitbanging
193 applications a lot more efficient (in both space and time) than spending
194 dozens of instructions on subroutine calls.
195
196
197 GPIO access that may sleep
198 --------------------------
199 Some GPIO controllers must be accessed using message based busses like I2C
200 or SPI.  Commands to read or write those GPIO values require waiting to
201 get to the head of a queue to transmit a command and get its response.
202 This requires sleeping, which can't be done from inside IRQ handlers.
203
204 Platforms that support this type of GPIO distinguish them from other GPIOs
205 by returning nonzero from this call (which requires a valid GPIO number,
206 which should have been previously allocated with gpio_request)::
207
208         int gpio_cansleep(unsigned gpio);
209
210 To access such GPIOs, a different set of accessors is defined::
211
212         /* GPIO INPUT:  return zero or nonzero, might sleep */
213         int gpio_get_value_cansleep(unsigned gpio);
214
215         /* GPIO OUTPUT, might sleep */
216         void gpio_set_value_cansleep(unsigned gpio, int value);
217
218
219 Accessing such GPIOs requires a context which may sleep,  for example
220 a threaded IRQ handler, and those accessors must be used instead of
221 spinlock-safe accessors without the cansleep() name suffix.
222
223 Other than the fact that these accessors might sleep, and will work
224 on GPIOs that can't be accessed from hardIRQ handlers, these calls act
225 the same as the spinlock-safe calls.
226
227 **IN ADDITION** calls to setup and configure such GPIOs must be made
228 from contexts which may sleep, since they may need to access the GPIO
229 controller chip too  (These setup calls are usually made from board
230 setup or driver probe/teardown code, so this is an easy constraint.)::
231
232                 gpio_direction_input()
233                 gpio_direction_output()
234                 gpio_request()
235
236         ##      gpio_request_one()
237         ##      gpio_request_array()
238         ##      gpio_free_array()
239
240                 gpio_free()
241                 gpio_set_debounce()
242
243
244
245 Claiming and Releasing GPIOs
246 ----------------------------
247 To help catch system configuration errors, two calls are defined::
248
249         /* request GPIO, returning 0 or negative errno.
250          * non-null labels may be useful for diagnostics.
251          */
252         int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);
253
254         /* release previously-claimed GPIO */
255         void gpio_free(unsigned gpio);
256
257 Passing invalid GPIO numbers to gpio_request() will fail, as will requesting
258 GPIOs that have already been claimed with that call.  The return value of
259 gpio_request() must be checked.  You should normally issue these calls from
260 a task context.  However, for spinlock-safe GPIOs it's OK to request GPIOs
261 before tasking is enabled, as part of early board setup.
262
263 These calls serve two basic purposes.  One is marking the signals which
264 are actually in use as GPIOs, for better diagnostics; systems may have
265 several hundred potential GPIOs, but often only a dozen are used on any
266 given board.  Another is to catch conflicts, identifying errors when
267 (a) two or more drivers wrongly think they have exclusive use of that
268 signal, or (b) something wrongly believes it's safe to remove drivers
269 needed to manage a signal that's in active use.  That is, requesting a
270 GPIO can serve as a kind of lock.
271
272 Some platforms may also use knowledge about what GPIOs are active for
273 power management, such as by powering down unused chip sectors and, more
274 easily, gating off unused clocks.
275
276 For GPIOs that use pins known to the pinctrl subsystem, that subsystem should
277 be informed of their use; a gpiolib driver's .request() operation may call
278 pinctrl_gpio_request(), and a gpiolib driver's .free() operation may call
279 pinctrl_gpio_free(). The pinctrl subsystem allows a pinctrl_gpio_request()
280 to succeed concurrently with a pin or pingroup being "owned" by a device for
281 pin multiplexing.
282
283 Any programming of pin multiplexing hardware that is needed to route the
284 GPIO signal to the appropriate pin should occur within a GPIO driver's
285 .direction_input() or .direction_output() operations, and occur after any
286 setup of an output GPIO's value. This allows a glitch-free migration from a
287 pin's special function to GPIO. This is sometimes required when using a GPIO
288 to implement a workaround on signals typically driven by a non-GPIO HW block.
289
290 Some platforms allow some or all GPIO signals to be routed to different pins.
291 Similarly, other aspects of the GPIO or pin may need to be configured, such as
292 pullup/pulldown. Platform software should arrange that any such details are
293 configured prior to gpio_request() being called for those GPIOs, e.g. using
294 the pinctrl subsystem's mapping table, so that GPIO users need not be aware
295 of these details.
296
297 Also note that it's your responsibility to have stopped using a GPIO
298 before you free it.
299
300 Considering in most cases GPIOs are actually configured right after they
301 are claimed, three additional calls are defined::
302
303         /* request a single GPIO, with initial configuration specified by
304          * 'flags', identical to gpio_request() wrt other arguments and
305          * return value
306          */
307         int gpio_request_one(unsigned gpio, unsigned long flags, const char *label);
308
309         /* request multiple GPIOs in a single call
310          */
311         int gpio_request_array(struct gpio *array, size_t num);
312
313         /* release multiple GPIOs in a single call
314          */
315         void gpio_free_array(struct gpio *array, size_t num);
316
317 where 'flags' is currently defined to specify the following properties:
318
319         * GPIOF_DIR_IN          - to configure direction as input
320         * GPIOF_DIR_OUT         - to configure direction as output
321
322         * GPIOF_INIT_LOW        - as output, set initial level to LOW
323         * GPIOF_INIT_HIGH       - as output, set initial level to HIGH
324         * GPIOF_OPEN_DRAIN      - gpio pin is open drain type.
325         * GPIOF_OPEN_SOURCE     - gpio pin is open source type.
326
327         * GPIOF_EXPORT_DIR_FIXED        - export gpio to sysfs, keep direction
328         * GPIOF_EXPORT_DIR_CHANGEABLE   - also export, allow changing direction
329
330 since GPIOF_INIT_* are only valid when configured as output, so group valid
331 combinations as:
332
333         * GPIOF_IN              - configure as input
334         * GPIOF_OUT_INIT_LOW    - configured as output, initial level LOW
335         * GPIOF_OUT_INIT_HIGH   - configured as output, initial level HIGH
336
337 When setting the flag as GPIOF_OPEN_DRAIN then it will assume that pins is
338 open drain type. Such pins will not be driven to 1 in output mode. It is
339 require to connect pull-up on such pins. By enabling this flag, gpio lib will
340 make the direction to input when it is asked to set value of 1 in output mode
341 to make the pin HIGH. The pin is make to LOW by driving value 0 in output mode.
342
343 When setting the flag as GPIOF_OPEN_SOURCE then it will assume that pins is
344 open source type. Such pins will not be driven to 0 in output mode. It is
345 require to connect pull-down on such pin. By enabling this flag, gpio lib will
346 make the direction to input when it is asked to set value of 0 in output mode
347 to make the pin LOW. The pin is make to HIGH by driving value 1 in output mode.
348
349 In the future, these flags can be extended to support more properties.
350
351 Further more, to ease the claim/release of multiple GPIOs, 'struct gpio' is
352 introduced to encapsulate all three fields as::
353
354         struct gpio {
355                 unsigned        gpio;
356                 unsigned long   flags;
357                 const char      *label;
358         };
359
360 A typical example of usage::
361
362         static struct gpio leds_gpios[] = {
363                 { 32, GPIOF_OUT_INIT_HIGH, "Power LED" }, /* default to ON */
364                 { 33, GPIOF_OUT_INIT_LOW,  "Green LED" }, /* default to OFF */
365                 { 34, GPIOF_OUT_INIT_LOW,  "Red LED"   }, /* default to OFF */
366                 { 35, GPIOF_OUT_INIT_LOW,  "Blue LED"  }, /* default to OFF */
367                 { ... },
368         };
369
370         err = gpio_request_one(31, GPIOF_IN, "Reset Button");
371         if (err)
372                 ...
373
374         err = gpio_request_array(leds_gpios, ARRAY_SIZE(leds_gpios));
375         if (err)
376                 ...
377
378         gpio_free_array(leds_gpios, ARRAY_SIZE(leds_gpios));
379
380
381 GPIOs mapped to IRQs
382 --------------------
383 GPIO numbers are unsigned integers; so are IRQ numbers.  These make up
384 two logically distinct namespaces (GPIO 0 need not use IRQ 0).  You can
385 map between them using calls like::
386
387         /* map GPIO numbers to IRQ numbers */
388         int gpio_to_irq(unsigned gpio);
389
390         /* map IRQ numbers to GPIO numbers (avoid using this) */
391         int irq_to_gpio(unsigned irq);
392
393 Those return either the corresponding number in the other namespace, or
394 else a negative errno code if the mapping can't be done.  (For example,
395 some GPIOs can't be used as IRQs.)  It is an unchecked error to use a GPIO
396 number that wasn't set up as an input using gpio_direction_input(), or
397 to use an IRQ number that didn't originally come from gpio_to_irq().
398
399 These two mapping calls are expected to cost on the order of a single
400 addition or subtraction.  They're not allowed to sleep.
401
402 Non-error values returned from gpio_to_irq() can be passed to request_irq()
403 or free_irq().  They will often be stored into IRQ resources for platform
404 devices, by the board-specific initialization code.  Note that IRQ trigger
405 options are part of the IRQ interface, e.g. IRQF_TRIGGER_FALLING, as are
406 system wakeup capabilities.
407
408 Non-error values returned from irq_to_gpio() would most commonly be used
409 with gpio_get_value(), for example to initialize or update driver state
410 when the IRQ is edge-triggered.  Note that some platforms don't support
411 this reverse mapping, so you should avoid using it.
412
413
414 Emulating Open Drain Signals
415 ----------------------------
416 Sometimes shared signals need to use "open drain" signaling, where only the
417 low signal level is actually driven.  (That term applies to CMOS transistors;
418 "open collector" is used for TTL.)  A pullup resistor causes the high signal
419 level.  This is sometimes called a "wire-AND"; or more practically, from the
420 negative logic (low=true) perspective this is a "wire-OR".
421
422 One common example of an open drain signal is a shared active-low IRQ line.
423 Also, bidirectional data bus signals sometimes use open drain signals.
424
425 Some GPIO controllers directly support open drain outputs; many don't.  When
426 you need open drain signaling but your hardware doesn't directly support it,
427 there's a common idiom you can use to emulate it with any GPIO pin that can
428 be used as either an input or an output:
429
430  LOW:   gpio_direction_output(gpio, 0) ... this drives the signal
431         and overrides the pullup.
432
433  HIGH:  gpio_direction_input(gpio) ... this turns off the output,
434         so the pullup (or some other device) controls the signal.
435
436 If you are "driving" the signal high but gpio_get_value(gpio) reports a low
437 value (after the appropriate rise time passes), you know some other component
438 is driving the shared signal low.  That's not necessarily an error.  As one
439 common example, that's how I2C clocks are stretched:  a slave that needs a
440 slower clock delays the rising edge of SCK, and the I2C master adjusts its
441 signaling rate accordingly.
442
443
444 GPIO controllers and the pinctrl subsystem
445 ------------------------------------------
446
447 A GPIO controller on a SOC might be tightly coupled with the pinctrl
448 subsystem, in the sense that the pins can be used by other functions
449 together with an optional gpio feature. We have already covered the
450 case where e.g. a GPIO controller need to reserve a pin or set the
451 direction of a pin by calling any of::
452
453   pinctrl_gpio_request()
454   pinctrl_gpio_free()
455   pinctrl_gpio_direction_input()
456   pinctrl_gpio_direction_output()
457
458 But how does the pin control subsystem cross-correlate the GPIO
459 numbers (which are a global business) to a certain pin on a certain
460 pin controller?
461
462 This is done by registering "ranges" of pins, which are essentially
463 cross-reference tables. These are described in
464 Documentation/driver-api/pinctl.rst
465
466 While the pin allocation is totally managed by the pinctrl subsystem,
467 gpio (under gpiolib) is still maintained by gpio drivers. It may happen
468 that different pin ranges in a SoC is managed by different gpio drivers.
469
470 This makes it logical to let gpio drivers announce their pin ranges to
471 the pin ctrl subsystem before it will call 'pinctrl_gpio_request' in order
472 to request the corresponding pin to be prepared by the pinctrl subsystem
473 before any gpio usage.
474
475 For this, the gpio controller can register its pin range with pinctrl
476 subsystem. There are two ways of doing it currently: with or without DT.
477
478 For with DT support refer to Documentation/devicetree/bindings/gpio/gpio.txt.
479
480 For non-DT support, user can call gpiochip_add_pin_range() with appropriate
481 parameters to register a range of gpio pins with a pinctrl driver. For this
482 exact name string of pinctrl device has to be passed as one of the
483 argument to this routine.
484
485
486 What do these conventions omit?
487 ===============================
488 One of the biggest things these conventions omit is pin multiplexing, since
489 this is highly chip-specific and nonportable.  One platform might not need
490 explicit multiplexing; another might have just two options for use of any
491 given pin; another might have eight options per pin; another might be able
492 to route a given GPIO to any one of several pins.  (Yes, those examples all
493 come from systems that run Linux today.)
494
495 Related to multiplexing is configuration and enabling of the pullups or
496 pulldowns integrated on some platforms.  Not all platforms support them,
497 or support them in the same way; and any given board might use external
498 pullups (or pulldowns) so that the on-chip ones should not be used.
499 (When a circuit needs 5 kOhm, on-chip 100 kOhm resistors won't do.)
500 Likewise drive strength (2 mA vs 20 mA) and voltage (1.8V vs 3.3V) is a
501 platform-specific issue, as are models like (not) having a one-to-one
502 correspondence between configurable pins and GPIOs.
503
504 There are other system-specific mechanisms that are not specified here,
505 like the aforementioned options for input de-glitching and wire-OR output.
506 Hardware may support reading or writing GPIOs in gangs, but that's usually
507 configuration dependent:  for GPIOs sharing the same bank.  (GPIOs are
508 commonly grouped in banks of 16 or 32, with a given SOC having several such
509 banks.)  Some systems can trigger IRQs from output GPIOs, or read values
510 from pins not managed as GPIOs.  Code relying on such mechanisms will
511 necessarily be nonportable.
512
513 Dynamic definition of GPIOs is not currently standard; for example, as
514 a side effect of configuring an add-on board with some GPIO expanders.
515
516
517 GPIO implementor's framework (OPTIONAL)
518 =======================================
519 As noted earlier, there is an optional implementation framework making it
520 easier for platforms to support different kinds of GPIO controller using
521 the same programming interface.  This framework is called "gpiolib".
522
523 As a debugging aid, if debugfs is available a /sys/kernel/debug/gpio file
524 will be found there.  That will list all the controllers registered through
525 this framework, and the state of the GPIOs currently in use.
526
527
528 Controller Drivers: gpio_chip
529 -----------------------------
530 In this framework each GPIO controller is packaged as a "struct gpio_chip"
531 with information common to each controller of that type:
532
533  - methods to establish GPIO direction
534  - methods used to access GPIO values
535  - flag saying whether calls to its methods may sleep
536  - optional debugfs dump method (showing extra state like pullup config)
537  - label for diagnostics
538
539 There is also per-instance data, which may come from device.platform_data:
540 the number of its first GPIO, and how many GPIOs it exposes.
541
542 The code implementing a gpio_chip should support multiple instances of the
543 controller, possibly using the driver model.  That code will configure each
544 gpio_chip and issue gpiochip_add().  Removing a GPIO controller should be
545 rare; use gpiochip_remove() when it is unavoidable.
546
547 Most often a gpio_chip is part of an instance-specific structure with state
548 not exposed by the GPIO interfaces, such as addressing, power management,
549 and more.  Chips such as codecs will have complex non-GPIO state.
550
551 Any debugfs dump method should normally ignore signals which haven't been
552 requested as GPIOs.  They can use gpiochip_is_requested(), which returns
553 either NULL or the label associated with that GPIO when it was requested.
554
555
556 Platform Support
557 ----------------
558 To force-enable this framework, a platform's Kconfig will "select" GPIOLIB,
559 else it is up to the user to configure support for GPIO.
560
561 It may also provide a custom value for ARCH_NR_GPIOS, so that it better
562 reflects the number of GPIOs in actual use on that platform, without
563 wasting static table space.  (It should count both built-in/SoC GPIOs and
564 also ones on GPIO expanders.
565
566 If neither of these options are selected, the platform does not support
567 GPIOs through GPIO-lib and the code cannot be enabled by the user.
568
569 Trivial implementations of those functions can directly use framework
570 code, which always dispatches through the gpio_chip::
571
572   #define gpio_get_value        __gpio_get_value
573   #define gpio_set_value        __gpio_set_value
574   #define gpio_cansleep         __gpio_cansleep
575
576 Fancier implementations could instead define those as inline functions with
577 logic optimizing access to specific SOC-based GPIOs.  For example, if the
578 referenced GPIO is the constant "12", getting or setting its value could
579 cost as little as two or three instructions, never sleeping.  When such an
580 optimization is not possible those calls must delegate to the framework
581 code, costing at least a few dozen instructions.  For bitbanged I/O, such
582 instruction savings can be significant.
583
584 For SOCs, platform-specific code defines and registers gpio_chip instances
585 for each bank of on-chip GPIOs.  Those GPIOs should be numbered/labeled to
586 match chip vendor documentation, and directly match board schematics.  They
587 may well start at zero and go up to a platform-specific limit.  Such GPIOs
588 are normally integrated into platform initialization to make them always be
589 available, from arch_initcall() or earlier; they can often serve as IRQs.
590
591
592 Board Support
593 -------------
594 For external GPIO controllers -- such as I2C or SPI expanders, ASICs, multi
595 function devices, FPGAs or CPLDs -- most often board-specific code handles
596 registering controller devices and ensures that their drivers know what GPIO
597 numbers to use with gpiochip_add().  Their numbers often start right after
598 platform-specific GPIOs.
599
600 For example, board setup code could create structures identifying the range
601 of GPIOs that chip will expose, and passes them to each GPIO expander chip
602 using platform_data.  Then the chip driver's probe() routine could pass that
603 data to gpiochip_add().
604
605 Initialization order can be important.  For example, when a device relies on
606 an I2C-based GPIO, its probe() routine should only be called after that GPIO
607 becomes available.  That may mean the device should not be registered until
608 calls for that GPIO can work.  One way to address such dependencies is for
609 such gpio_chip controllers to provide setup() and teardown() callbacks to
610 board specific code; those board specific callbacks would register devices
611 once all the necessary resources are available, and remove them later when
612 the GPIO controller device becomes unavailable.
613
614
615 Sysfs Interface for Userspace (OPTIONAL)
616 ========================================
617 Platforms which use the "gpiolib" implementors framework may choose to
618 configure a sysfs user interface to GPIOs.  This is different from the
619 debugfs interface, since it provides control over GPIO direction and
620 value instead of just showing a gpio state summary.  Plus, it could be
621 present on production systems without debugging support.
622
623 Given appropriate hardware documentation for the system, userspace could
624 know for example that GPIO #23 controls the write protect line used to
625 protect boot loader segments in flash memory.  System upgrade procedures
626 may need to temporarily remove that protection, first importing a GPIO,
627 then changing its output state, then updating the code before re-enabling
628 the write protection.  In normal use, GPIO #23 would never be touched,
629 and the kernel would have no need to know about it.
630
631 Again depending on appropriate hardware documentation, on some systems
632 userspace GPIO can be used to determine system configuration data that
633 standard kernels won't know about.  And for some tasks, simple userspace
634 GPIO drivers could be all that the system really needs.
635
636 Note that standard kernel drivers exist for common "LEDs and Buttons"
637 GPIO tasks:  "leds-gpio" and "gpio_keys", respectively.  Use those
638 instead of talking directly to the GPIOs; they integrate with kernel
639 frameworks better than your userspace code could.
640
641
642 Paths in Sysfs
643 --------------
644 There are three kinds of entry in /sys/class/gpio:
645
646    -    Control interfaces used to get userspace control over GPIOs;
647
648    -    GPIOs themselves; and
649
650    -    GPIO controllers ("gpio_chip" instances).
651
652 That's in addition to standard files including the "device" symlink.
653
654 The control interfaces are write-only:
655
656     /sys/class/gpio/
657
658         "export" ... Userspace may ask the kernel to export control of
659                 a GPIO to userspace by writing its number to this file.
660
661                 Example:  "echo 19 > export" will create a "gpio19" node
662                 for GPIO #19, if that's not requested by kernel code.
663
664         "unexport" ... Reverses the effect of exporting to userspace.
665
666                 Example:  "echo 19 > unexport" will remove a "gpio19"
667                 node exported using the "export" file.
668
669 GPIO signals have paths like /sys/class/gpio/gpio42/ (for GPIO #42)
670 and have the following read/write attributes:
671
672     /sys/class/gpio/gpioN/
673
674         "direction" ... reads as either "in" or "out".  This value may
675                 normally be written.  Writing as "out" defaults to
676                 initializing the value as low.  To ensure glitch free
677                 operation, values "low" and "high" may be written to
678                 configure the GPIO as an output with that initial value.
679
680                 Note that this attribute *will not exist* if the kernel
681                 doesn't support changing the direction of a GPIO, or
682                 it was exported by kernel code that didn't explicitly
683                 allow userspace to reconfigure this GPIO's direction.
684
685         "value" ... reads as either 0 (low) or 1 (high).  If the GPIO
686                 is configured as an output, this value may be written;
687                 any nonzero value is treated as high.
688
689                 If the pin can be configured as interrupt-generating interrupt
690                 and if it has been configured to generate interrupts (see the
691                 description of "edge"), you can poll(2) on that file and
692                 poll(2) will return whenever the interrupt was triggered. If
693                 you use poll(2), set the events POLLPRI. If you use select(2),
694                 set the file descriptor in exceptfds. After poll(2) returns,
695                 either lseek(2) to the beginning of the sysfs file and read the
696                 new value or close the file and re-open it to read the value.
697
698         "edge" ... reads as either "none", "rising", "falling", or
699                 "both". Write these strings to select the signal edge(s)
700                 that will make poll(2) on the "value" file return.
701
702                 This file exists only if the pin can be configured as an
703                 interrupt generating input pin.
704
705         "active_low" ... reads as either 0 (false) or 1 (true).  Write
706                 any nonzero value to invert the value attribute both
707                 for reading and writing.  Existing and subsequent
708                 poll(2) support configuration via the edge attribute
709                 for "rising" and "falling" edges will follow this
710                 setting.
711
712 GPIO controllers have paths like /sys/class/gpio/gpiochip42/ (for the
713 controller implementing GPIOs starting at #42) and have the following
714 read-only attributes:
715
716     /sys/class/gpio/gpiochipN/
717
718         "base" ... same as N, the first GPIO managed by this chip
719
720         "label" ... provided for diagnostics (not always unique)
721
722         "ngpio" ... how many GPIOs this manges (N to N + ngpio - 1)
723
724 Board documentation should in most cases cover what GPIOs are used for
725 what purposes.  However, those numbers are not always stable; GPIOs on
726 a daughtercard might be different depending on the base board being used,
727 or other cards in the stack.  In such cases, you may need to use the
728 gpiochip nodes (possibly in conjunction with schematics) to determine
729 the correct GPIO number to use for a given signal.
730
731
732 Exporting from Kernel code
733 --------------------------
734 Kernel code can explicitly manage exports of GPIOs which have already been
735 requested using gpio_request()::
736
737         /* export the GPIO to userspace */
738         int gpio_export(unsigned gpio, bool direction_may_change);
739
740         /* reverse gpio_export() */
741         void gpio_unexport();
742
743         /* create a sysfs link to an exported GPIO node */
744         int gpio_export_link(struct device *dev, const char *name,
745                 unsigned gpio)
746
747 After a kernel driver requests a GPIO, it may only be made available in
748 the sysfs interface by gpio_export().  The driver can control whether the
749 signal direction may change.  This helps drivers prevent userspace code
750 from accidentally clobbering important system state.
751
752 This explicit exporting can help with debugging (by making some kinds
753 of experiments easier), or can provide an always-there interface that's
754 suitable for documenting as part of a board support package.
755
756 After the GPIO has been exported, gpio_export_link() allows creating
757 symlinks from elsewhere in sysfs to the GPIO sysfs node.  Drivers can
758 use this to provide the interface under their own device in sysfs with
759 a descriptive name.
760
761
762 API Reference
763 =============
764
765 The functions listed in this section are deprecated. The GPIO descriptor based
766 API should be used in new code.
767
768 .. kernel-doc:: drivers/gpio/gpiolib-legacy.c
769    :export: