Linux 3.7.1
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / pinctrl.txt
blob3b4ee5328868cea31b024ad9631a286886826c60
1 PINCTRL (PIN CONTROL) subsystem
2 This document outlines the pin control subsystem in Linux
4 This subsystem deals with:
6 - Enumerating and naming controllable pins
8 - Multiplexing of pins, pads, fingers (etc) see below for details
10 - Configuration of pins, pads, fingers (etc), such as software-controlled
11   biasing and driving mode specific pins, such as pull-up/down, open drain,
12   load capacitance etc.
14 Top-level interface
15 ===================
17 Definition of PIN CONTROLLER:
19 - A pin controller is a piece of hardware, usually a set of registers, that
20   can control PINs. It may be able to multiplex, bias, set load capacitance,
21   set drive strength etc for individual pins or groups of pins.
23 Definition of PIN:
25 - PINS are equal to pads, fingers, balls or whatever packaging input or
26   output line you want to control and these are denoted by unsigned integers
27   in the range 0..maxpin. This numberspace is local to each PIN CONTROLLER, so
28   there may be several such number spaces in a system. This pin space may
29   be sparse - i.e. there may be gaps in the space with numbers where no
30   pin exists.
32 When a PIN CONTROLLER is instantiated, it will register a descriptor to the
33 pin control framework, and this descriptor contains an array of pin descriptors
34 describing the pins handled by this specific pin controller.
36 Here is an example of a PGA (Pin Grid Array) chip seen from underneath:
38         A   B   C   D   E   F   G   H
40    8    o   o   o   o   o   o   o   o
42    7    o   o   o   o   o   o   o   o
44    6    o   o   o   o   o   o   o   o
46    5    o   o   o   o   o   o   o   o
48    4    o   o   o   o   o   o   o   o
50    3    o   o   o   o   o   o   o   o
52    2    o   o   o   o   o   o   o   o
54    1    o   o   o   o   o   o   o   o
56 To register a pin controller and name all the pins on this package we can do
57 this in our driver:
59 #include <linux/pinctrl/pinctrl.h>
61 const struct pinctrl_pin_desc foo_pins[] = {
62       PINCTRL_PIN(0, "A8"),
63       PINCTRL_PIN(1, "B8"),
64       PINCTRL_PIN(2, "C8"),
65       ...
66       PINCTRL_PIN(61, "F1"),
67       PINCTRL_PIN(62, "G1"),
68       PINCTRL_PIN(63, "H1"),
71 static struct pinctrl_desc foo_desc = {
72         .name = "foo",
73         .pins = foo_pins,
74         .npins = ARRAY_SIZE(foo_pins),
75         .maxpin = 63,
76         .owner = THIS_MODULE,
79 int __init foo_probe(void)
81         struct pinctrl_dev *pctl;
83         pctl = pinctrl_register(&foo_desc, <PARENT>, NULL);
84         if (IS_ERR(pctl))
85                 pr_err("could not register foo pin driver\n");
88 To enable the pinctrl subsystem and the subgroups for PINMUX and PINCONF and
89 selected drivers, you need to select them from your machine's Kconfig entry,
90 since these are so tightly integrated with the machines they are used on.
91 See for example arch/arm/mach-u300/Kconfig for an example.
93 Pins usually have fancier names than this. You can find these in the dataheet
94 for your chip. Notice that the core pinctrl.h file provides a fancy macro
95 called PINCTRL_PIN() to create the struct entries. As you can see I enumerated
96 the pins from 0 in the upper left corner to 63 in the lower right corner.
97 This enumeration was arbitrarily chosen, in practice you need to think
98 through your numbering system so that it matches the layout of registers
99 and such things in your driver, or the code may become complicated. You must
100 also consider matching of offsets to the GPIO ranges that may be handled by
101 the pin controller.
103 For a padring with 467 pads, as opposed to actual pins, I used an enumeration
104 like this, walking around the edge of the chip, which seems to be industry
105 standard too (all these pads had names, too):
108      0 ..... 104
109    466        105
110      .        .
111      .        .
112    358        224
113     357 .... 225
116 Pin groups
117 ==========
119 Many controllers need to deal with groups of pins, so the pin controller
120 subsystem has a mechanism for enumerating groups of pins and retrieving the
121 actual enumerated pins that are part of a certain group.
123 For example, say that we have a group of pins dealing with an SPI interface
124 on { 0, 8, 16, 24 }, and a group of pins dealing with an I2C interface on pins
125 on { 24, 25 }.
127 These two groups are presented to the pin control subsystem by implementing
128 some generic pinctrl_ops like this:
130 #include <linux/pinctrl/pinctrl.h>
132 struct foo_group {
133         const char *name;
134         const unsigned int *pins;
135         const unsigned num_pins;
138 static const unsigned int spi0_pins[] = { 0, 8, 16, 24 };
139 static const unsigned int i2c0_pins[] = { 24, 25 };
141 static const struct foo_group foo_groups[] = {
142         {
143                 .name = "spi0_grp",
144                 .pins = spi0_pins,
145                 .num_pins = ARRAY_SIZE(spi0_pins),
146         },
147         {
148                 .name = "i2c0_grp",
149                 .pins = i2c0_pins,
150                 .num_pins = ARRAY_SIZE(i2c0_pins),
151         },
155 static int foo_get_groups_count(struct pinctrl_dev *pctldev)
157         return ARRAY_SIZE(foo_groups);
160 static const char *foo_get_group_name(struct pinctrl_dev *pctldev,
161                                        unsigned selector)
163         return foo_groups[selector].name;
166 static int foo_get_group_pins(struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector,
167                                unsigned ** const pins,
168                                unsigned * const num_pins)
170         *pins = (unsigned *) foo_groups[selector].pins;
171         *num_pins = foo_groups[selector].num_pins;
172         return 0;
175 static struct pinctrl_ops foo_pctrl_ops = {
176         .get_groups_count = foo_get_groups_count,
177         .get_group_name = foo_get_group_name,
178         .get_group_pins = foo_get_group_pins,
182 static struct pinctrl_desc foo_desc = {
183        ...
184        .pctlops = &foo_pctrl_ops,
187 The pin control subsystem will call the .get_groups_count() function to
188 determine total number of legal selectors, then it will call the other functions
189 to retrieve the name and pins of the group. Maintaining the data structure of
190 the groups is up to the driver, this is just a simple example - in practice you
191 may need more entries in your group structure, for example specific register
192 ranges associated with each group and so on.
195 Pin configuration
196 =================
198 Pins can sometimes be software-configured in an various ways, mostly related
199 to their electronic properties when used as inputs or outputs. For example you
200 may be able to make an output pin high impedance, or "tristate" meaning it is
201 effectively disconnected. You may be able to connect an input pin to VDD or GND
202 using a certain resistor value - pull up and pull down - so that the pin has a
203 stable value when nothing is driving the rail it is connected to, or when it's
204 unconnected.
206 Pin configuration can be programmed either using the explicit APIs described
207 immediately below, or by adding configuration entries into the mapping table;
208 see section "Board/machine configuration" below.
210 For example, a platform may do the following to pull up a pin to VDD:
212 #include <linux/pinctrl/consumer.h>
214 ret = pin_config_set("foo-dev", "FOO_GPIO_PIN", PLATFORM_X_PULL_UP);
216 The format and meaning of the configuration parameter, PLATFORM_X_PULL_UP
217 above, is entirely defined by the pin controller driver.
219 The pin configuration driver implements callbacks for changing pin
220 configuration in the pin controller ops like this:
222 #include <linux/pinctrl/pinctrl.h>
223 #include <linux/pinctrl/pinconf.h>
224 #include "platform_x_pindefs.h"
226 static int foo_pin_config_get(struct pinctrl_dev *pctldev,
227                     unsigned offset,
228                     unsigned long *config)
230         struct my_conftype conf;
232         ... Find setting for pin @ offset ...
234         *config = (unsigned long) conf;
237 static int foo_pin_config_set(struct pinctrl_dev *pctldev,
238                     unsigned offset,
239                     unsigned long config)
241         struct my_conftype *conf = (struct my_conftype *) config;
243         switch (conf) {
244                 case PLATFORM_X_PULL_UP:
245                 ...
246                 }
247         }
250 static int foo_pin_config_group_get (struct pinctrl_dev *pctldev,
251                     unsigned selector,
252                     unsigned long *config)
254         ...
257 static int foo_pin_config_group_set (struct pinctrl_dev *pctldev,
258                     unsigned selector,
259                     unsigned long config)
261         ...
264 static struct pinconf_ops foo_pconf_ops = {
265         .pin_config_get = foo_pin_config_get,
266         .pin_config_set = foo_pin_config_set,
267         .pin_config_group_get = foo_pin_config_group_get,
268         .pin_config_group_set = foo_pin_config_group_set,
271 /* Pin config operations are handled by some pin controller */
272 static struct pinctrl_desc foo_desc = {
273         ...
274         .confops = &foo_pconf_ops,
277 Since some controllers have special logic for handling entire groups of pins
278 they can exploit the special whole-group pin control function. The
279 pin_config_group_set() callback is allowed to return the error code -EAGAIN,
280 for groups it does not want to handle, or if it just wants to do some
281 group-level handling and then fall through to iterate over all pins, in which
282 case each individual pin will be treated by separate pin_config_set() calls as
283 well.
286 Interaction with the GPIO subsystem
287 ===================================
289 The GPIO drivers may want to perform operations of various types on the same
290 physical pins that are also registered as pin controller pins.
292 First and foremost, the two subsystems can be used as completely orthogonal,
293 see the section named "pin control requests from drivers" and
294 "drivers needing both pin control and GPIOs" below for details. But in some
295 situations a cross-subsystem mapping between pins and GPIOs is needed.
297 Since the pin controller subsystem have its pinspace local to the pin
298 controller we need a mapping so that the pin control subsystem can figure out
299 which pin controller handles control of a certain GPIO pin. Since a single
300 pin controller may be muxing several GPIO ranges (typically SoCs that have
301 one set of pins but internally several GPIO silicon blocks, each modeled as
302 a struct gpio_chip) any number of GPIO ranges can be added to a pin controller
303 instance like this:
305 struct gpio_chip chip_a;
306 struct gpio_chip chip_b;
308 static struct pinctrl_gpio_range gpio_range_a = {
309         .name = "chip a",
310         .id = 0,
311         .base = 32,
312         .pin_base = 32,
313         .npins = 16,
314         .gc = &chip_a;
317 static struct pinctrl_gpio_range gpio_range_b = {
318         .name = "chip b",
319         .id = 0,
320         .base = 48,
321         .pin_base = 64,
322         .npins = 8,
323         .gc = &chip_b;
327         struct pinctrl_dev *pctl;
328         ...
329         pinctrl_add_gpio_range(pctl, &gpio_range_a);
330         pinctrl_add_gpio_range(pctl, &gpio_range_b);
333 So this complex system has one pin controller handling two different
334 GPIO chips. "chip a" has 16 pins and "chip b" has 8 pins. The "chip a" and
335 "chip b" have different .pin_base, which means a start pin number of the
336 GPIO range.
338 The GPIO range of "chip a" starts from the GPIO base of 32 and actual
339 pin range also starts from 32. However "chip b" has different starting
340 offset for the GPIO range and pin range. The GPIO range of "chip b" starts
341 from GPIO number 48, while the pin range of "chip b" starts from 64.
343 We can convert a gpio number to actual pin number using this "pin_base".
344 They are mapped in the global GPIO pin space at:
346 chip a:
347  - GPIO range : [32 .. 47]
348  - pin range  : [32 .. 47]
349 chip b:
350  - GPIO range : [48 .. 55]
351  - pin range  : [64 .. 71]
353 When GPIO-specific functions in the pin control subsystem are called, these
354 ranges will be used to look up the appropriate pin controller by inspecting
355 and matching the pin to the pin ranges across all controllers. When a
356 pin controller handling the matching range is found, GPIO-specific functions
357 will be called on that specific pin controller.
359 For all functionalities dealing with pin biasing, pin muxing etc, the pin
360 controller subsystem will subtract the range's .base offset from the passed
361 in gpio number, and add the ranges's .pin_base offset to retrive a pin number.
362 After that, the subsystem passes it on to the pin control driver, so the driver
363 will get an pin number into its handled number range. Further it is also passed
364 the range ID value, so that the pin controller knows which range it should
365 deal with.
368 PINMUX interfaces
369 =================
371 These calls use the pinmux_* naming prefix.  No other calls should use that
372 prefix.
375 What is pinmuxing?
376 ==================
378 PINMUX, also known as padmux, ballmux, alternate functions or mission modes
379 is a way for chip vendors producing some kind of electrical packages to use
380 a certain physical pin (ball, pad, finger, etc) for multiple mutually exclusive
381 functions, depending on the application. By "application" in this context
382 we usually mean a way of soldering or wiring the package into an electronic
383 system, even though the framework makes it possible to also change the function
384 at runtime.
386 Here is an example of a PGA (Pin Grid Array) chip seen from underneath:
388         A   B   C   D   E   F   G   H
389       +---+
390    8  | o | o   o   o   o   o   o   o
391       |   |
392    7  | o | o   o   o   o   o   o   o
393       |   |
394    6  | o | o   o   o   o   o   o   o
395       +---+---+
396    5  | o | o | o   o   o   o   o   o
397       +---+---+               +---+
398    4    o   o   o   o   o   o | o | o
399                               |   |
400    3    o   o   o   o   o   o | o | o
401                               |   |
402    2    o   o   o   o   o   o | o | o
403       +-------+-------+-------+---+---+
404    1  | o   o | o   o | o   o | o | o |
405       +-------+-------+-------+---+---+
407 This is not tetris. The game to think of is chess. Not all PGA/BGA packages
408 are chessboard-like, big ones have "holes" in some arrangement according to
409 different design patterns, but we're using this as a simple example. Of the
410 pins you see some will be taken by things like a few VCC and GND to feed power
411 to the chip, and quite a few will be taken by large ports like an external
412 memory interface. The remaining pins will often be subject to pin multiplexing.
414 The example 8x8 PGA package above will have pin numbers 0 thru 63 assigned to
415 its physical pins. It will name the pins { A1, A2, A3 ... H6, H7, H8 } using
416 pinctrl_register_pins() and a suitable data set as shown earlier.
418 In this 8x8 BGA package the pins { A8, A7, A6, A5 } can be used as an SPI port
419 (these are four pins: CLK, RXD, TXD, FRM). In that case, pin B5 can be used as
420 some general-purpose GPIO pin. However, in another setting, pins { A5, B5 } can
421 be used as an I2C port (these are just two pins: SCL, SDA). Needless to say,
422 we cannot use the SPI port and I2C port at the same time. However in the inside
423 of the package the silicon performing the SPI logic can alternatively be routed
424 out on pins { G4, G3, G2, G1 }.
426 On the botton row at { A1, B1, C1, D1, E1, F1, G1, H1 } we have something
427 special - it's an external MMC bus that can be 2, 4 or 8 bits wide, and it will
428 consume 2, 4 or 8 pins respectively, so either { A1, B1 } are taken or
429 { A1, B1, C1, D1 } or all of them. If we use all 8 bits, we cannot use the SPI
430 port on pins { G4, G3, G2, G1 } of course.
432 This way the silicon blocks present inside the chip can be multiplexed "muxed"
433 out on different pin ranges. Often contemporary SoC (systems on chip) will
434 contain several I2C, SPI, SDIO/MMC, etc silicon blocks that can be routed to
435 different pins by pinmux settings.
437 Since general-purpose I/O pins (GPIO) are typically always in shortage, it is
438 common to be able to use almost any pin as a GPIO pin if it is not currently
439 in use by some other I/O port.
442 Pinmux conventions
443 ==================
445 The purpose of the pinmux functionality in the pin controller subsystem is to
446 abstract and provide pinmux settings to the devices you choose to instantiate
447 in your machine configuration. It is inspired by the clk, GPIO and regulator
448 subsystems, so devices will request their mux setting, but it's also possible
449 to request a single pin for e.g. GPIO.
451 Definitions:
453 - FUNCTIONS can be switched in and out by a driver residing with the pin
454   control subsystem in the drivers/pinctrl/* directory of the kernel. The
455   pin control driver knows the possible functions. In the example above you can
456   identify three pinmux functions, one for spi, one for i2c and one for mmc.
458 - FUNCTIONS are assumed to be enumerable from zero in a one-dimensional array.
459   In this case the array could be something like: { spi0, i2c0, mmc0 }
460   for the three available functions.
462 - FUNCTIONS have PIN GROUPS as defined on the generic level - so a certain
463   function is *always* associated with a certain set of pin groups, could
464   be just a single one, but could also be many. In the example above the
465   function i2c is associated with the pins { A5, B5 }, enumerated as
466   { 24, 25 } in the controller pin space.
468   The Function spi is associated with pin groups { A8, A7, A6, A5 }
469   and { G4, G3, G2, G1 }, which are enumerated as { 0, 8, 16, 24 } and
470   { 38, 46, 54, 62 } respectively.
472   Group names must be unique per pin controller, no two groups on the same
473   controller may have the same name.
475 - The combination of a FUNCTION and a PIN GROUP determine a certain function
476   for a certain set of pins. The knowledge of the functions and pin groups
477   and their machine-specific particulars are kept inside the pinmux driver,
478   from the outside only the enumerators are known, and the driver core can:
480   - Request the name of a function with a certain selector (>= 0)
481   - A list of groups associated with a certain function
482   - Request that a certain group in that list to be activated for a certain
483     function
485   As already described above, pin groups are in turn self-descriptive, so
486   the core will retrieve the actual pin range in a certain group from the
487   driver.
489 - FUNCTIONS and GROUPS on a certain PIN CONTROLLER are MAPPED to a certain
490   device by the board file, device tree or similar machine setup configuration
491   mechanism, similar to how regulators are connected to devices, usually by
492   name. Defining a pin controller, function and group thus uniquely identify
493   the set of pins to be used by a certain device. (If only one possible group
494   of pins is available for the function, no group name need to be supplied -
495   the core will simply select the first and only group available.)
497   In the example case we can define that this particular machine shall
498   use device spi0 with pinmux function fspi0 group gspi0 and i2c0 on function
499   fi2c0 group gi2c0, on the primary pin controller, we get mappings
500   like these:
502   {
503     {"map-spi0", spi0, pinctrl0, fspi0, gspi0},
504     {"map-i2c0", i2c0, pinctrl0, fi2c0, gi2c0}
505   }
507   Every map must be assigned a state name, pin controller, device and
508   function. The group is not compulsory - if it is omitted the first group
509   presented by the driver as applicable for the function will be selected,
510   which is useful for simple cases.
512   It is possible to map several groups to the same combination of device,
513   pin controller and function. This is for cases where a certain function on
514   a certain pin controller may use different sets of pins in different
515   configurations.
517 - PINS for a certain FUNCTION using a certain PIN GROUP on a certain
518   PIN CONTROLLER are provided on a first-come first-serve basis, so if some
519   other device mux setting or GPIO pin request has already taken your physical
520   pin, you will be denied the use of it. To get (activate) a new setting, the
521   old one has to be put (deactivated) first.
523 Sometimes the documentation and hardware registers will be oriented around
524 pads (or "fingers") rather than pins - these are the soldering surfaces on the
525 silicon inside the package, and may or may not match the actual number of
526 pins/balls underneath the capsule. Pick some enumeration that makes sense to
527 you. Define enumerators only for the pins you can control if that makes sense.
529 Assumptions:
531 We assume that the number of possible function maps to pin groups is limited by
532 the hardware. I.e. we assume that there is no system where any function can be
533 mapped to any pin, like in a phone exchange. So the available pins groups for
534 a certain function will be limited to a few choices (say up to eight or so),
535 not hundreds or any amount of choices. This is the characteristic we have found
536 by inspecting available pinmux hardware, and a necessary assumption since we
537 expect pinmux drivers to present *all* possible function vs pin group mappings
538 to the subsystem.
541 Pinmux drivers
542 ==============
544 The pinmux core takes care of preventing conflicts on pins and calling
545 the pin controller driver to execute different settings.
547 It is the responsibility of the pinmux driver to impose further restrictions
548 (say for example infer electronic limitations due to load etc) to determine
549 whether or not the requested function can actually be allowed, and in case it
550 is possible to perform the requested mux setting, poke the hardware so that
551 this happens.
553 Pinmux drivers are required to supply a few callback functions, some are
554 optional. Usually the enable() and disable() functions are implemented,
555 writing values into some certain registers to activate a certain mux setting
556 for a certain pin.
558 A simple driver for the above example will work by setting bits 0, 1, 2, 3 or 4
559 into some register named MUX to select a certain function with a certain
560 group of pins would work something like this:
562 #include <linux/pinctrl/pinctrl.h>
563 #include <linux/pinctrl/pinmux.h>
565 struct foo_group {
566         const char *name;
567         const unsigned int *pins;
568         const unsigned num_pins;
571 static const unsigned spi0_0_pins[] = { 0, 8, 16, 24 };
572 static const unsigned spi0_1_pins[] = { 38, 46, 54, 62 };
573 static const unsigned i2c0_pins[] = { 24, 25 };
574 static const unsigned mmc0_1_pins[] = { 56, 57 };
575 static const unsigned mmc0_2_pins[] = { 58, 59 };
576 static const unsigned mmc0_3_pins[] = { 60, 61, 62, 63 };
578 static const struct foo_group foo_groups[] = {
579         {
580                 .name = "spi0_0_grp",
581                 .pins = spi0_0_pins,
582                 .num_pins = ARRAY_SIZE(spi0_0_pins),
583         },
584         {
585                 .name = "spi0_1_grp",
586                 .pins = spi0_1_pins,
587                 .num_pins = ARRAY_SIZE(spi0_1_pins),
588         },
589         {
590                 .name = "i2c0_grp",
591                 .pins = i2c0_pins,
592                 .num_pins = ARRAY_SIZE(i2c0_pins),
593         },
594         {
595                 .name = "mmc0_1_grp",
596                 .pins = mmc0_1_pins,
597                 .num_pins = ARRAY_SIZE(mmc0_1_pins),
598         },
599         {
600                 .name = "mmc0_2_grp",
601                 .pins = mmc0_2_pins,
602                 .num_pins = ARRAY_SIZE(mmc0_2_pins),
603         },
604         {
605                 .name = "mmc0_3_grp",
606                 .pins = mmc0_3_pins,
607                 .num_pins = ARRAY_SIZE(mmc0_3_pins),
608         },
612 static int foo_get_groups_count(struct pinctrl_dev *pctldev)
614         return ARRAY_SIZE(foo_groups);
617 static const char *foo_get_group_name(struct pinctrl_dev *pctldev,
618                                        unsigned selector)
620         return foo_groups[selector].name;
623 static int foo_get_group_pins(struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector,
624                                unsigned ** const pins,
625                                unsigned * const num_pins)
627         *pins = (unsigned *) foo_groups[selector].pins;
628         *num_pins = foo_groups[selector].num_pins;
629         return 0;
632 static struct pinctrl_ops foo_pctrl_ops = {
633         .get_groups_count = foo_get_groups_count,
634         .get_group_name = foo_get_group_name,
635         .get_group_pins = foo_get_group_pins,
638 struct foo_pmx_func {
639         const char *name;
640         const char * const *groups;
641         const unsigned num_groups;
644 static const char * const spi0_groups[] = { "spi0_0_grp", "spi0_1_grp" };
645 static const char * const i2c0_groups[] = { "i2c0_grp" };
646 static const char * const mmc0_groups[] = { "mmc0_1_grp", "mmc0_2_grp",
647                                         "mmc0_3_grp" };
649 static const struct foo_pmx_func foo_functions[] = {
650         {
651                 .name = "spi0",
652                 .groups = spi0_groups,
653                 .num_groups = ARRAY_SIZE(spi0_groups),
654         },
655         {
656                 .name = "i2c0",
657                 .groups = i2c0_groups,
658                 .num_groups = ARRAY_SIZE(i2c0_groups),
659         },
660         {
661                 .name = "mmc0",
662                 .groups = mmc0_groups,
663                 .num_groups = ARRAY_SIZE(mmc0_groups),
664         },
667 int foo_get_functions_count(struct pinctrl_dev *pctldev)
669         return ARRAY_SIZE(foo_functions);
672 const char *foo_get_fname(struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector)
674         return foo_functions[selector].name;
677 static int foo_get_groups(struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector,
678                           const char * const **groups,
679                           unsigned * const num_groups)
681         *groups = foo_functions[selector].groups;
682         *num_groups = foo_functions[selector].num_groups;
683         return 0;
686 int foo_enable(struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector,
687                 unsigned group)
689         u8 regbit = (1 << selector + group);
691         writeb((readb(MUX)|regbit), MUX)
692         return 0;
695 void foo_disable(struct pinctrl_dev *pctldev, unsigned selector,
696                 unsigned group)
698         u8 regbit = (1 << selector + group);
700         writeb((readb(MUX) & ~(regbit)), MUX)
701         return 0;
704 struct pinmux_ops foo_pmxops = {
705         .get_functions_count = foo_get_functions_count,
706         .get_function_name = foo_get_fname,
707         .get_function_groups = foo_get_groups,
708         .enable = foo_enable,
709         .disable = foo_disable,
712 /* Pinmux operations are handled by some pin controller */
713 static struct pinctrl_desc foo_desc = {
714         ...
715         .pctlops = &foo_pctrl_ops,
716         .pmxops = &foo_pmxops,
719 In the example activating muxing 0 and 1 at the same time setting bits
720 0 and 1, uses one pin in common so they would collide.
722 The beauty of the pinmux subsystem is that since it keeps track of all
723 pins and who is using them, it will already have denied an impossible
724 request like that, so the driver does not need to worry about such
725 things - when it gets a selector passed in, the pinmux subsystem makes
726 sure no other device or GPIO assignment is already using the selected
727 pins. Thus bits 0 and 1 in the control register will never be set at the
728 same time.
730 All the above functions are mandatory to implement for a pinmux driver.
733 Pin control interaction with the GPIO subsystem
734 ===============================================
736 The public pinmux API contains two functions named pinctrl_request_gpio()
737 and pinctrl_free_gpio(). These two functions shall *ONLY* be called from
738 gpiolib-based drivers as part of their gpio_request() and
739 gpio_free() semantics. Likewise the pinctrl_gpio_direction_[input|output]
740 shall only be called from within respective gpio_direction_[input|output]
741 gpiolib implementation.
743 NOTE that platforms and individual drivers shall *NOT* request GPIO pins to be
744 controlled e.g. muxed in. Instead, implement a proper gpiolib driver and have
745 that driver request proper muxing and other control for its pins.
747 The function list could become long, especially if you can convert every
748 individual pin into a GPIO pin independent of any other pins, and then try
749 the approach to define every pin as a function.
751 In this case, the function array would become 64 entries for each GPIO
752 setting and then the device functions.
754 For this reason there are two functions a pin control driver can implement
755 to enable only GPIO on an individual pin: .gpio_request_enable() and
756 .gpio_disable_free().
758 This function will pass in the affected GPIO range identified by the pin
759 controller core, so you know which GPIO pins are being affected by the request
760 operation.
762 If your driver needs to have an indication from the framework of whether the
763 GPIO pin shall be used for input or output you can implement the
764 .gpio_set_direction() function. As described this shall be called from the
765 gpiolib driver and the affected GPIO range, pin offset and desired direction
766 will be passed along to this function.
768 Alternatively to using these special functions, it is fully allowed to use
769 named functions for each GPIO pin, the pinctrl_request_gpio() will attempt to
770 obtain the function "gpioN" where "N" is the global GPIO pin number if no
771 special GPIO-handler is registered.
774 Board/machine configuration
775 ==================================
777 Boards and machines define how a certain complete running system is put
778 together, including how GPIOs and devices are muxed, how regulators are
779 constrained and how the clock tree looks. Of course pinmux settings are also
780 part of this.
782 A pin controller configuration for a machine looks pretty much like a simple
783 regulator configuration, so for the example array above we want to enable i2c
784 and spi on the second function mapping:
786 #include <linux/pinctrl/machine.h>
788 static const struct pinctrl_map mapping[] __initconst = {
789         {
790                 .dev_name = "foo-spi.0",
791                 .name = PINCTRL_STATE_DEFAULT,
792                 .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
793                 .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
794                 .data.mux.function = "spi0",
795         },
796         {
797                 .dev_name = "foo-i2c.0",
798                 .name = PINCTRL_STATE_DEFAULT,
799                 .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
800                 .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
801                 .data.mux.function = "i2c0",
802         },
803         {
804                 .dev_name = "foo-mmc.0",
805                 .name = PINCTRL_STATE_DEFAULT,
806                 .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
807                 .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
808                 .data.mux.function = "mmc0",
809         },
812 The dev_name here matches to the unique device name that can be used to look
813 up the device struct (just like with clockdev or regulators). The function name
814 must match a function provided by the pinmux driver handling this pin range.
816 As you can see we may have several pin controllers on the system and thus
817 we need to specify which one of them that contain the functions we wish
818 to map.
820 You register this pinmux mapping to the pinmux subsystem by simply:
822        ret = pinctrl_register_mappings(mapping, ARRAY_SIZE(mapping));
824 Since the above construct is pretty common there is a helper macro to make
825 it even more compact which assumes you want to use pinctrl-foo and position
826 0 for mapping, for example:
828 static struct pinctrl_map __initdata mapping[] = {
829         PIN_MAP_MUX_GROUP("foo-i2c.o", PINCTRL_STATE_DEFAULT, "pinctrl-foo", NULL, "i2c0"),
832 The mapping table may also contain pin configuration entries. It's common for
833 each pin/group to have a number of configuration entries that affect it, so
834 the table entries for configuration reference an array of config parameters
835 and values. An example using the convenience macros is shown below:
837 static unsigned long i2c_grp_configs[] = {
838         FOO_PIN_DRIVEN,
839         FOO_PIN_PULLUP,
842 static unsigned long i2c_pin_configs[] = {
843         FOO_OPEN_COLLECTOR,
844         FOO_SLEW_RATE_SLOW,
847 static struct pinctrl_map __initdata mapping[] = {
848         PIN_MAP_MUX_GROUP("foo-i2c.0", PINCTRL_STATE_DEFAULT, "pinctrl-foo", "i2c0", "i2c0"),
849         PIN_MAP_CONFIGS_GROUP("foo-i2c.0", PINCTRL_STATE_DEFAULT, "pinctrl-foo", "i2c0", i2c_grp_configs),
850         PIN_MAP_CONFIGS_PIN("foo-i2c.0", PINCTRL_STATE_DEFAULT, "pinctrl-foo", "i2c0scl", i2c_pin_configs),
851         PIN_MAP_CONFIGS_PIN("foo-i2c.0", PINCTRL_STATE_DEFAULT, "pinctrl-foo", "i2c0sda", i2c_pin_configs),
854 Finally, some devices expect the mapping table to contain certain specific
855 named states. When running on hardware that doesn't need any pin controller
856 configuration, the mapping table must still contain those named states, in
857 order to explicitly indicate that the states were provided and intended to
858 be empty. Table entry macro PIN_MAP_DUMMY_STATE serves the purpose of defining
859 a named state without causing any pin controller to be programmed:
861 static struct pinctrl_map __initdata mapping[] = {
862         PIN_MAP_DUMMY_STATE("foo-i2c.0", PINCTRL_STATE_DEFAULT),
866 Complex mappings
867 ================
869 As it is possible to map a function to different groups of pins an optional
870 .group can be specified like this:
874         .dev_name = "foo-spi.0",
875         .name = "spi0-pos-A",
876         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
877         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
878         .function = "spi0",
879         .group = "spi0_0_grp",
882         .dev_name = "foo-spi.0",
883         .name = "spi0-pos-B",
884         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
885         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
886         .function = "spi0",
887         .group = "spi0_1_grp",
891 This example mapping is used to switch between two positions for spi0 at
892 runtime, as described further below under the heading "Runtime pinmuxing".
894 Further it is possible for one named state to affect the muxing of several
895 groups of pins, say for example in the mmc0 example above, where you can
896 additively expand the mmc0 bus from 2 to 4 to 8 pins. If we want to use all
897 three groups for a total of 2+2+4 = 8 pins (for an 8-bit MMC bus as is the
898 case), we define a mapping like this:
902         .dev_name = "foo-mmc.0",
903         .name = "2bit"
904         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
905         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
906         .function = "mmc0",
907         .group = "mmc0_1_grp",
910         .dev_name = "foo-mmc.0",
911         .name = "4bit"
912         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
913         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
914         .function = "mmc0",
915         .group = "mmc0_1_grp",
918         .dev_name = "foo-mmc.0",
919         .name = "4bit"
920         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
921         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
922         .function = "mmc0",
923         .group = "mmc0_2_grp",
926         .dev_name = "foo-mmc.0",
927         .name = "8bit"
928         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
929         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
930         .function = "mmc0",
931         .group = "mmc0_1_grp",
934         .dev_name = "foo-mmc.0",
935         .name = "8bit"
936         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
937         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
938         .function = "mmc0",
939         .group = "mmc0_2_grp",
942         .dev_name = "foo-mmc.0",
943         .name = "8bit"
944         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
945         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
946         .function = "mmc0",
947         .group = "mmc0_3_grp",
951 The result of grabbing this mapping from the device with something like
952 this (see next paragraph):
954         p = devm_pinctrl_get(dev);
955         s = pinctrl_lookup_state(p, "8bit");
956         ret = pinctrl_select_state(p, s);
958 or more simply:
960         p = devm_pinctrl_get_select(dev, "8bit");
962 Will be that you activate all the three bottom records in the mapping at
963 once. Since they share the same name, pin controller device, function and
964 device, and since we allow multiple groups to match to a single device, they
965 all get selected, and they all get enabled and disable simultaneously by the
966 pinmux core.
969 Pin control requests from drivers
970 =================================
972 Generally it is discouraged to let individual drivers get and enable pin
973 control. So if possible, handle the pin control in platform code or some other
974 place where you have access to all the affected struct device * pointers. In
975 some cases where a driver needs to e.g. switch between different mux mappings
976 at runtime this is not possible.
978 A typical case is if a driver needs to switch bias of pins from normal
979 operation and going to sleep, moving from the PINCTRL_STATE_DEFAULT to
980 PINCTRL_STATE_SLEEP at runtime, re-biasing or even re-muxing pins to save
981 current in sleep mode.
983 A driver may request a certain control state to be activated, usually just the
984 default state like this:
986 #include <linux/pinctrl/consumer.h>
988 struct foo_state {
989        struct pinctrl *p;
990        struct pinctrl_state *s;
991        ...
994 foo_probe()
996         /* Allocate a state holder named "foo" etc */
997         struct foo_state *foo = ...;
999         foo->p = devm_pinctrl_get(&device);
1000         if (IS_ERR(foo->p)) {
1001                 /* FIXME: clean up "foo" here */
1002                 return PTR_ERR(foo->p);
1003         }
1005         foo->s = pinctrl_lookup_state(foo->p, PINCTRL_STATE_DEFAULT);
1006         if (IS_ERR(foo->s)) {
1007                 /* FIXME: clean up "foo" here */
1008                 return PTR_ERR(s);
1009         }
1011         ret = pinctrl_select_state(foo->s);
1012         if (ret < 0) {
1013                 /* FIXME: clean up "foo" here */
1014                 return ret;
1015         }
1018 This get/lookup/select/put sequence can just as well be handled by bus drivers
1019 if you don't want each and every driver to handle it and you know the
1020 arrangement on your bus.
1022 The semantics of the pinctrl APIs are:
1024 - pinctrl_get() is called in process context to obtain a handle to all pinctrl
1025   information for a given client device. It will allocate a struct from the
1026   kernel memory to hold the pinmux state. All mapping table parsing or similar
1027   slow operations take place within this API.
1029 - devm_pinctrl_get() is a variant of pinctrl_get() that causes pinctrl_put()
1030   to be called automatically on the retrieved pointer when the associated
1031   device is removed. It is recommended to use this function over plain
1032   pinctrl_get().
1034 - pinctrl_lookup_state() is called in process context to obtain a handle to a
1035   specific state for a the client device. This operation may be slow too.
1037 - pinctrl_select_state() programs pin controller hardware according to the
1038   definition of the state as given by the mapping table. In theory this is a
1039   fast-path operation, since it only involved blasting some register settings
1040   into hardware. However, note that some pin controllers may have their
1041   registers on a slow/IRQ-based bus, so client devices should not assume they
1042   can call pinctrl_select_state() from non-blocking contexts.
1044 - pinctrl_put() frees all information associated with a pinctrl handle.
1046 - devm_pinctrl_put() is a variant of pinctrl_put() that may be used to
1047   explicitly destroy a pinctrl object returned by devm_pinctrl_get().
1048   However, use of this function will be rare, due to the automatic cleanup
1049   that will occur even without calling it.
1051   pinctrl_get() must be paired with a plain pinctrl_put().
1052   pinctrl_get() may not be paired with devm_pinctrl_put().
1053   devm_pinctrl_get() can optionally be paired with devm_pinctrl_put().
1054   devm_pinctrl_get() may not be paired with plain pinctrl_put().
1056 Usually the pin control core handled the get/put pair and call out to the
1057 device drivers bookkeeping operations, like checking available functions and
1058 the associated pins, whereas the enable/disable pass on to the pin controller
1059 driver which takes care of activating and/or deactivating the mux setting by
1060 quickly poking some registers.
1062 The pins are allocated for your device when you issue the devm_pinctrl_get()
1063 call, after this you should be able to see this in the debugfs listing of all
1064 pins.
1066 NOTE: the pinctrl system will return -EPROBE_DEFER if it cannot find the
1067 requested pinctrl handles, for example if the pinctrl driver has not yet
1068 registered. Thus make sure that the error path in your driver gracefully
1069 cleans up and is ready to retry the probing later in the startup process.
1072 Drivers needing both pin control and GPIOs
1073 ==========================================
1075 Again, it is discouraged to let drivers lookup and select pin control states
1076 themselves, but again sometimes this is unavoidable.
1078 So say that your driver is fetching its resources like this:
1080 #include <linux/pinctrl/consumer.h>
1081 #include <linux/gpio.h>
1083 struct pinctrl *pinctrl;
1084 int gpio;
1086 pinctrl = devm_pinctrl_get_select_default(&dev);
1087 gpio = devm_gpio_request(&dev, 14, "foo");
1089 Here we first request a certain pin state and then request GPIO 14 to be
1090 used. If you're using the subsystems orthogonally like this, you should
1091 nominally always get your pinctrl handle and select the desired pinctrl
1092 state BEFORE requesting the GPIO. This is a semantic convention to avoid
1093 situations that can be electrically unpleasant, you will certainly want to
1094 mux in and bias pins in a certain way before the GPIO subsystems starts to
1095 deal with them.
1097 The above can be hidden: using pinctrl hogs, the pin control driver may be
1098 setting up the config and muxing for the pins when it is probing,
1099 nevertheless orthogonal to the GPIO subsystem.
1101 But there are also situations where it makes sense for the GPIO subsystem
1102 to communicate directly with with the pinctrl subsystem, using the latter
1103 as a back-end. This is when the GPIO driver may call out to the functions
1104 described in the section "Pin control interaction with the GPIO subsystem"
1105 above. This only involves per-pin multiplexing, and will be completely
1106 hidden behind the gpio_*() function namespace. In this case, the driver
1107 need not interact with the pin control subsystem at all.
1109 If a pin control driver and a GPIO driver is dealing with the same pins
1110 and the use cases involve multiplexing, you MUST implement the pin controller
1111 as a back-end for the GPIO driver like this, unless your hardware design
1112 is such that the GPIO controller can override the pin controller's
1113 multiplexing state through hardware without the need to interact with the
1114 pin control system.
1117 System pin control hogging
1118 ==========================
1120 Pin control map entries can be hogged by the core when the pin controller
1121 is registered. This means that the core will attempt to call pinctrl_get(),
1122 lookup_state() and select_state() on it immediately after the pin control
1123 device has been registered.
1125 This occurs for mapping table entries where the client device name is equal
1126 to the pin controller device name, and the state name is PINCTRL_STATE_DEFAULT.
1129         .dev_name = "pinctrl-foo",
1130         .name = PINCTRL_STATE_DEFAULT,
1131         .type = PIN_MAP_TYPE_MUX_GROUP,
1132         .ctrl_dev_name = "pinctrl-foo",
1133         .function = "power_func",
1136 Since it may be common to request the core to hog a few always-applicable
1137 mux settings on the primary pin controller, there is a convenience macro for
1138 this:
1140 PIN_MAP_MUX_GROUP_HOG_DEFAULT("pinctrl-foo", NULL /* group */, "power_func")
1142 This gives the exact same result as the above construction.
1145 Runtime pinmuxing
1146 =================
1148 It is possible to mux a certain function in and out at runtime, say to move
1149 an SPI port from one set of pins to another set of pins. Say for example for
1150 spi0 in the example above, we expose two different groups of pins for the same
1151 function, but with different named in the mapping as described under
1152 "Advanced mapping" above. So that for an SPI device, we have two states named
1153 "pos-A" and "pos-B".
1155 This snippet first muxes the function in the pins defined by group A, enables
1156 it, disables and releases it, and muxes it in on the pins defined by group B:
1158 #include <linux/pinctrl/consumer.h>
1160 struct pinctrl *p;
1161 struct pinctrl_state *s1, *s2;
1163 foo_probe()
1165         /* Setup */
1166         p = devm_pinctrl_get(&device);
1167         if (IS_ERR(p))
1168                 ...
1170         s1 = pinctrl_lookup_state(foo->p, "pos-A");
1171         if (IS_ERR(s1))
1172                 ...
1174         s2 = pinctrl_lookup_state(foo->p, "pos-B");
1175         if (IS_ERR(s2))
1176                 ...
1179 foo_switch()
1181         /* Enable on position A */
1182         ret = pinctrl_select_state(s1);
1183         if (ret < 0)
1184             ...
1186         ...
1188         /* Enable on position B */
1189         ret = pinctrl_select_state(s2);
1190         if (ret < 0)
1191             ...
1193         ...
1196 The above has to be done from process context.