Merge branch 'work.init' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/viro/vfs
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / driver-api / gpio / consumer.rst
1 ==================================
2 GPIO Descriptor Consumer Interface
3 ==================================
4
5 This document describes the consumer interface of the GPIO framework. Note that
6 it describes the new descriptor-based interface. For a description of the
7 deprecated integer-based GPIO interface please refer to gpio-legacy.txt.
8
9
10 Guidelines for GPIOs consumers
11 ==============================
12
13 Drivers that can't work without standard GPIO calls should have Kconfig entries
14 that depend on GPIOLIB or select GPIOLIB. The functions that allow a driver to
15 obtain and use GPIOs are available by including the following file::
16
17         #include <linux/gpio/consumer.h>
18
19 There are static inline stubs for all functions in the header file in the case
20 where GPIOLIB is disabled. When these stubs are called they will emit
21 warnings. These stubs are used for two use cases:
22
23 - Simple compile coverage with e.g. COMPILE_TEST - it does not matter that
24   the current platform does not enable or select GPIOLIB because we are not
25   going to execute the system anyway.
26
27 - Truly optional GPIOLIB support - where the driver does not really make use
28   of the GPIOs on certain compile-time configurations for certain systems, but
29   will use it under other compile-time configurations. In this case the
30   consumer must make sure not to call into these functions, or the user will
31   be met with console warnings that may be perceived as intimidating.
32
33 All the functions that work with the descriptor-based GPIO interface are
34 prefixed with ``gpiod_``. The ``gpio_`` prefix is used for the legacy
35 interface. No other function in the kernel should use these prefixes. The use
36 of the legacy functions is strongly discouraged, new code should use
37 <linux/gpio/consumer.h> and descriptors exclusively.
38
39
40 Obtaining and Disposing GPIOs
41 =============================
42
43 With the descriptor-based interface, GPIOs are identified with an opaque,
44 non-forgeable handler that must be obtained through a call to one of the
45 gpiod_get() functions. Like many other kernel subsystems, gpiod_get() takes the
46 device that will use the GPIO and the function the requested GPIO is supposed to
47 fulfill::
48
49         struct gpio_desc *gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id,
50                                     enum gpiod_flags flags)
51
52 If a function is implemented by using several GPIOs together (e.g. a simple LED
53 device that displays digits), an additional index argument can be specified::
54
55         struct gpio_desc *gpiod_get_index(struct device *dev,
56                                           const char *con_id, unsigned int idx,
57                                           enum gpiod_flags flags)
58
59 For a more detailed description of the con_id parameter in the DeviceTree case
60 see Documentation/driver-api/gpio/board.rst
61
62 The flags parameter is used to optionally specify a direction and initial value
63 for the GPIO. Values can be:
64
65 * GPIOD_ASIS or 0 to not initialize the GPIO at all. The direction must be set
66   later with one of the dedicated functions.
67 * GPIOD_IN to initialize the GPIO as input.
68 * GPIOD_OUT_LOW to initialize the GPIO as output with a value of 0.
69 * GPIOD_OUT_HIGH to initialize the GPIO as output with a value of 1.
70 * GPIOD_OUT_LOW_OPEN_DRAIN same as GPIOD_OUT_LOW but also enforce the line
71   to be electrically used with open drain.
72 * GPIOD_OUT_HIGH_OPEN_DRAIN same as GPIOD_OUT_HIGH but also enforce the line
73   to be electrically used with open drain.
74
75 Note that the initial value is *logical* and the physical line level depends on
76 whether the line is configured active high or active low (see
77 :ref:`active_low_semantics`).
78
79 The two last flags are used for use cases where open drain is mandatory, such
80 as I2C: if the line is not already configured as open drain in the mappings
81 (see board.txt), then open drain will be enforced anyway and a warning will be
82 printed that the board configuration needs to be updated to match the use case.
83
84 Both functions return either a valid GPIO descriptor, or an error code checkable
85 with IS_ERR() (they will never return a NULL pointer). -ENOENT will be returned
86 if and only if no GPIO has been assigned to the device/function/index triplet,
87 other error codes are used for cases where a GPIO has been assigned but an error
88 occurred while trying to acquire it. This is useful to discriminate between mere
89 errors and an absence of GPIO for optional GPIO parameters. For the common
90 pattern where a GPIO is optional, the gpiod_get_optional() and
91 gpiod_get_index_optional() functions can be used. These functions return NULL
92 instead of -ENOENT if no GPIO has been assigned to the requested function::
93
94         struct gpio_desc *gpiod_get_optional(struct device *dev,
95                                              const char *con_id,
96                                              enum gpiod_flags flags)
97
98         struct gpio_desc *gpiod_get_index_optional(struct device *dev,
99                                                    const char *con_id,
100                                                    unsigned int index,
101                                                    enum gpiod_flags flags)
102
103 Note that gpio_get*_optional() functions (and their managed variants), unlike
104 the rest of gpiolib API, also return NULL when gpiolib support is disabled.
105 This is helpful to driver authors, since they do not need to special case
106 -ENOSYS return codes.  System integrators should however be careful to enable
107 gpiolib on systems that need it.
108
109 For a function using multiple GPIOs all of those can be obtained with one call::
110
111         struct gpio_descs *gpiod_get_array(struct device *dev,
112                                            const char *con_id,
113                                            enum gpiod_flags flags)
114
115 This function returns a struct gpio_descs which contains an array of
116 descriptors.  It also contains a pointer to a gpiolib private structure which,
117 if passed back to get/set array functions, may speed up I/O proocessing::
118
119         struct gpio_descs {
120                 struct gpio_array *info;
121                 unsigned int ndescs;
122                 struct gpio_desc *desc[];
123         }
124
125 The following function returns NULL instead of -ENOENT if no GPIOs have been
126 assigned to the requested function::
127
128         struct gpio_descs *gpiod_get_array_optional(struct device *dev,
129                                                     const char *con_id,
130                                                     enum gpiod_flags flags)
131
132 Device-managed variants of these functions are also defined::
133
134         struct gpio_desc *devm_gpiod_get(struct device *dev, const char *con_id,
135                                          enum gpiod_flags flags)
136
137         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_index(struct device *dev,
138                                                const char *con_id,
139                                                unsigned int idx,
140                                                enum gpiod_flags flags)
141
142         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_optional(struct device *dev,
143                                                   const char *con_id,
144                                                   enum gpiod_flags flags)
145
146         struct gpio_desc *devm_gpiod_get_index_optional(struct device *dev,
147                                                         const char *con_id,
148                                                         unsigned int index,
149                                                         enum gpiod_flags flags)
150
151         struct gpio_descs *devm_gpiod_get_array(struct device *dev,
152                                                 const char *con_id,
153                                                 enum gpiod_flags flags)
154
155         struct gpio_descs *devm_gpiod_get_array_optional(struct device *dev,
156                                                          const char *con_id,
157                                                          enum gpiod_flags flags)
158
159 A GPIO descriptor can be disposed of using the gpiod_put() function::
160
161         void gpiod_put(struct gpio_desc *desc)
162
163 For an array of GPIOs this function can be used::
164
165         void gpiod_put_array(struct gpio_descs *descs)
166
167 It is strictly forbidden to use a descriptor after calling these functions.
168 It is also not allowed to individually release descriptors (using gpiod_put())
169 from an array acquired with gpiod_get_array().
170
171 The device-managed variants are, unsurprisingly::
172
173         void devm_gpiod_put(struct device *dev, struct gpio_desc *desc)
174
175         void devm_gpiod_put_array(struct device *dev, struct gpio_descs *descs)
176
177
178 Using GPIOs
179 ===========
180
181 Setting Direction
182 -----------------
183 The first thing a driver must do with a GPIO is setting its direction. If no
184 direction-setting flags have been given to gpiod_get*(), this is done by
185 invoking one of the gpiod_direction_*() functions::
186
187         int gpiod_direction_input(struct gpio_desc *desc)
188         int gpiod_direction_output(struct gpio_desc *desc, int value)
189
190 The return value is zero for success, else a negative errno. It should be
191 checked, since the get/set calls don't return errors and since misconfiguration
192 is possible. You should normally issue these calls from a task context. However,
193 for spinlock-safe GPIOs it is OK to use them before tasking is enabled, as part
194 of early board setup.
195
196 For output GPIOs, the value provided becomes the initial output value. This
197 helps avoid signal glitching during system startup.
198
199 A driver can also query the current direction of a GPIO::
200
201         int gpiod_get_direction(const struct gpio_desc *desc)
202
203 This function returns 0 for output, 1 for input, or an error code in case of error.
204
205 Be aware that there is no default direction for GPIOs. Therefore, **using a GPIO
206 without setting its direction first is illegal and will result in undefined
207 behavior!**
208
209
210 Spinlock-Safe GPIO Access
211 -------------------------
212 Most GPIO controllers can be accessed with memory read/write instructions. Those
213 don't need to sleep, and can safely be done from inside hard (non-threaded) IRQ
214 handlers and similar contexts.
215
216 Use the following calls to access GPIOs from an atomic context::
217
218         int gpiod_get_value(const struct gpio_desc *desc);
219         void gpiod_set_value(struct gpio_desc *desc, int value);
220
221 The values are boolean, zero for low, nonzero for high. When reading the value
222 of an output pin, the value returned should be what's seen on the pin. That
223 won't always match the specified output value, because of issues including
224 open-drain signaling and output latencies.
225
226 The get/set calls do not return errors because "invalid GPIO" should have been
227 reported earlier from gpiod_direction_*(). However, note that not all platforms
228 can read the value of output pins; those that can't should always return zero.
229 Also, using these calls for GPIOs that can't safely be accessed without sleeping
230 (see below) is an error.
231
232
233 GPIO Access That May Sleep
234 --------------------------
235 Some GPIO controllers must be accessed using message based buses like I2C or
236 SPI. Commands to read or write those GPIO values require waiting to get to the
237 head of a queue to transmit a command and get its response. This requires
238 sleeping, which can't be done from inside IRQ handlers.
239
240 Platforms that support this type of GPIO distinguish them from other GPIOs by
241 returning nonzero from this call::
242
243         int gpiod_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
244
245 To access such GPIOs, a different set of accessors is defined::
246
247         int gpiod_get_value_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
248         void gpiod_set_value_cansleep(struct gpio_desc *desc, int value)
249
250 Accessing such GPIOs requires a context which may sleep, for example a threaded
251 IRQ handler, and those accessors must be used instead of spinlock-safe
252 accessors without the cansleep() name suffix.
253
254 Other than the fact that these accessors might sleep, and will work on GPIOs
255 that can't be accessed from hardIRQ handlers, these calls act the same as the
256 spinlock-safe calls.
257
258
259 .. _active_low_semantics:
260
261 The active low and open drain semantics
262 ---------------------------------------
263 As a consumer should not have to care about the physical line level, all of the
264 gpiod_set_value_xxx() or gpiod_set_array_value_xxx() functions operate with
265 the *logical* value. With this they take the active low property into account.
266 This means that they check whether the GPIO is configured to be active low,
267 and if so, they manipulate the passed value before the physical line level is
268 driven.
269
270 The same is applicable for open drain or open source output lines: those do not
271 actively drive their output high (open drain) or low (open source), they just
272 switch their output to a high impedance value. The consumer should not need to
273 care. (For details read about open drain in driver.txt.)
274
275 With this, all the gpiod_set_(array)_value_xxx() functions interpret the
276 parameter "value" as "asserted" ("1") or "de-asserted" ("0"). The physical line
277 level will be driven accordingly.
278
279 As an example, if the active low property for a dedicated GPIO is set, and the
280 gpiod_set_(array)_value_xxx() passes "asserted" ("1"), the physical line level
281 will be driven low.
282
283 To summarize::
284
285   Function (example)                 line property          physical line
286   gpiod_set_raw_value(desc, 0);      don't care             low
287   gpiod_set_raw_value(desc, 1);      don't care             high
288   gpiod_set_value(desc, 0);          default (active high)  low
289   gpiod_set_value(desc, 1);          default (active high)  high
290   gpiod_set_value(desc, 0);          active low             high
291   gpiod_set_value(desc, 1);          active low             low
292   gpiod_set_value(desc, 0);          open drain             low
293   gpiod_set_value(desc, 1);          open drain             high impedance
294   gpiod_set_value(desc, 0);          open source            high impedance
295   gpiod_set_value(desc, 1);          open source            high
296
297 It is possible to override these semantics using the set_raw/get_raw functions
298 but it should be avoided as much as possible, especially by system-agnostic drivers
299 which should not need to care about the actual physical line level and worry about
300 the logical value instead.
301
302
303 Accessing raw GPIO values
304 -------------------------
305 Consumers exist that need to manage the logical state of a GPIO line, i.e. the value
306 their device will actually receive, no matter what lies between it and the GPIO
307 line.
308
309 The following set of calls ignore the active-low or open drain property of a GPIO and
310 work on the raw line value::
311
312         int gpiod_get_raw_value(const struct gpio_desc *desc)
313         void gpiod_set_raw_value(struct gpio_desc *desc, int value)
314         int gpiod_get_raw_value_cansleep(const struct gpio_desc *desc)
315         void gpiod_set_raw_value_cansleep(struct gpio_desc *desc, int value)
316         int gpiod_direction_output_raw(struct gpio_desc *desc, int value)
317
318 The active low state of a GPIO can also be queried and toggled using the
319 following calls::
320
321         int gpiod_is_active_low(const struct gpio_desc *desc)
322         void gpiod_toggle_active_low(struct gpio_desc *desc)
323
324 Note that these functions should only be used with great moderation; a driver
325 should not have to care about the physical line level or open drain semantics.
326
327
328 Access multiple GPIOs with a single function call
329 -------------------------------------------------
330 The following functions get or set the values of an array of GPIOs::
331
332         int gpiod_get_array_value(unsigned int array_size,
333                                   struct gpio_desc **desc_array,
334                                   struct gpio_array *array_info,
335                                   unsigned long *value_bitmap);
336         int gpiod_get_raw_array_value(unsigned int array_size,
337                                       struct gpio_desc **desc_array,
338                                       struct gpio_array *array_info,
339                                       unsigned long *value_bitmap);
340         int gpiod_get_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
341                                            struct gpio_desc **desc_array,
342                                            struct gpio_array *array_info,
343                                            unsigned long *value_bitmap);
344         int gpiod_get_raw_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
345                                            struct gpio_desc **desc_array,
346                                            struct gpio_array *array_info,
347                                            unsigned long *value_bitmap);
348
349         int gpiod_set_array_value(unsigned int array_size,
350                                   struct gpio_desc **desc_array,
351                                   struct gpio_array *array_info,
352                                   unsigned long *value_bitmap)
353         int gpiod_set_raw_array_value(unsigned int array_size,
354                                       struct gpio_desc **desc_array,
355                                       struct gpio_array *array_info,
356                                       unsigned long *value_bitmap)
357         int gpiod_set_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
358                                            struct gpio_desc **desc_array,
359                                            struct gpio_array *array_info,
360                                            unsigned long *value_bitmap)
361         int gpiod_set_raw_array_value_cansleep(unsigned int array_size,
362                                                struct gpio_desc **desc_array,
363                                                struct gpio_array *array_info,
364                                                unsigned long *value_bitmap)
365
366 The array can be an arbitrary set of GPIOs. The functions will try to access
367 GPIOs belonging to the same bank or chip simultaneously if supported by the
368 corresponding chip driver. In that case a significantly improved performance
369 can be expected. If simultaneous access is not possible the GPIOs will be
370 accessed sequentially.
371
372 The functions take four arguments:
373
374         * array_size    - the number of array elements
375         * desc_array    - an array of GPIO descriptors
376         * array_info    - optional information obtained from gpiod_get_array()
377         * value_bitmap  - a bitmap to store the GPIOs' values (get) or
378           a bitmap of values to assign to the GPIOs (set)
379
380 The descriptor array can be obtained using the gpiod_get_array() function
381 or one of its variants. If the group of descriptors returned by that function
382 matches the desired group of GPIOs, those GPIOs can be accessed by simply using
383 the struct gpio_descs returned by gpiod_get_array()::
384
385         struct gpio_descs *my_gpio_descs = gpiod_get_array(...);
386         gpiod_set_array_value(my_gpio_descs->ndescs, my_gpio_descs->desc,
387                               my_gpio_descs->info, my_gpio_value_bitmap);
388
389 It is also possible to access a completely arbitrary array of descriptors. The
390 descriptors may be obtained using any combination of gpiod_get() and
391 gpiod_get_array(). Afterwards the array of descriptors has to be setup
392 manually before it can be passed to one of the above functions.  In that case,
393 array_info should be set to NULL.
394
395 Note that for optimal performance GPIOs belonging to the same chip should be
396 contiguous within the array of descriptors.
397
398 Still better performance may be achieved if array indexes of the descriptors
399 match hardware pin numbers of a single chip.  If an array passed to a get/set
400 array function matches the one obtained from gpiod_get_array() and array_info
401 associated with the array is also passed, the function may take a fast bitmap
402 processing path, passing the value_bitmap argument directly to the respective
403 .get/set_multiple() callback of the chip.  That allows for utilization of GPIO
404 banks as data I/O ports without much loss of performance.
405
406 The return value of gpiod_get_array_value() and its variants is 0 on success
407 or negative on error. Note the difference to gpiod_get_value(), which returns
408 0 or 1 on success to convey the GPIO value. With the array functions, the GPIO
409 values are stored in value_array rather than passed back as return value.
410
411
412 GPIOs mapped to IRQs
413 --------------------
414 GPIO lines can quite often be used as IRQs. You can get the IRQ number
415 corresponding to a given GPIO using the following call::
416
417         int gpiod_to_irq(const struct gpio_desc *desc)
418
419 It will return an IRQ number, or a negative errno code if the mapping can't be
420 done (most likely because that particular GPIO cannot be used as IRQ). It is an
421 unchecked error to use a GPIO that wasn't set up as an input using
422 gpiod_direction_input(), or to use an IRQ number that didn't originally come
423 from gpiod_to_irq(). gpiod_to_irq() is not allowed to sleep.
424
425 Non-error values returned from gpiod_to_irq() can be passed to request_irq() or
426 free_irq(). They will often be stored into IRQ resources for platform devices,
427 by the board-specific initialization code. Note that IRQ trigger options are
428 part of the IRQ interface, e.g. IRQF_TRIGGER_FALLING, as are system wakeup
429 capabilities.
430
431
432 GPIOs and ACPI
433 ==============
434
435 On ACPI systems, GPIOs are described by GpioIo()/GpioInt() resources listed by
436 the _CRS configuration objects of devices.  Those resources do not provide
437 connection IDs (names) for GPIOs, so it is necessary to use an additional
438 mechanism for this purpose.
439
440 Systems compliant with ACPI 5.1 or newer may provide a _DSD configuration object
441 which, among other things, may be used to provide connection IDs for specific
442 GPIOs described by the GpioIo()/GpioInt() resources in _CRS.  If that is the
443 case, it will be handled by the GPIO subsystem automatically.  However, if the
444 _DSD is not present, the mappings between GpioIo()/GpioInt() resources and GPIO
445 connection IDs need to be provided by device drivers.
446
447 For details refer to Documentation/firmware-guide/acpi/gpio-properties.rst
448
449
450 Interacting With the Legacy GPIO Subsystem
451 ==========================================
452 Many kernel subsystems and drivers still handle GPIOs using the legacy
453 integer-based interface. It is strongly recommended to update these to the new
454 gpiod interface. For cases where both interfaces need to be used, the following
455 two functions allow to convert a GPIO descriptor into the GPIO integer namespace
456 and vice-versa::
457
458         int desc_to_gpio(const struct gpio_desc *desc)
459         struct gpio_desc *gpio_to_desc(unsigned gpio)
460
461 The GPIO number returned by desc_to_gpio() can safely be used as a parameter of
462 the gpio\_*() functions for as long as the GPIO descriptor `desc` is not freed.
463 All the same, a GPIO number passed to gpio_to_desc() must first be properly
464 acquired using e.g. gpio_request_one(), and the returned GPIO descriptor is only
465 considered valid until that GPIO number is released using gpio_free().
466
467 Freeing a GPIO obtained by one API with the other API is forbidden and an
468 unchecked error.