NXP iMX8系列處理器Pin Multiplexing定義說明
1). 簡介
為了提高處理器的設計靈活性和可用性，NXP的所有i.MX系列處理器都配備了基于 IOMUX Controller (IOMUXC)和IOMUX來使能Pin Mux功能，使得一個特定的IO管腳可以選擇不同的可能多達8種的功能定義模塊(ALT0, ALT1, ALT2, ALT3...)，同時為了適配不同的功能模塊，IOMUXC可以對應配置管腳的配置參數（比如上拉/下拉，驅動能力等等）。本文就基于NXP最新的i.MX8系列平臺說明Pin Mux的定義和配置方式。
本文所演示的平臺來自于Toradex Apalis iMX8嵌入式平臺，這個平臺是基于近年發布的NXP iMX8系列ARM處理器，核心為Cortex-A72/A53。
2. 準備
a). Apalis iMX8 ARM核心版配合Apalis Eva Board載板，并連接調試串口用于測試。
b). 參考這里下載Toradex Ycoto Linux BSP5 Linux Kernel (toradex_5.4-2.3.x-imx分支)用于后續Device Tree修改和編譯。
3). 規劃管腳功能定義
a). 參考Apalis iMX8 datasheet 文檔 4.4 SoC Functions List章節來找到所需要的iMX8管腳的功能定義和默認狀態，比如這里我們就用 X1 Pin 6作為示例，其基本信息如下圖，有4個功能模塊定義，目前在Toradex Ycoto Linux Device Tree中默認配置功能是黃色高亮顯示的ALT1 PWM功能，Reset Sate參考datasheet 4.3 Pin Reset Status章節定義是Pull-Down (Input) 狀態。
b). Device Tree中一個管腳的IOMUX定義由兩部分組成，如下是上述管腳X1 Pin 6在Devcie tree中作為PWM功能的管腳Pin mux定義作為參考
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/* Apalis PWM3 */
pinctrl_pwm0: pwm0grp {
fsl,pins = <
IMX8QM_UART0_RTS_B_LSIO_PWM0_OUT 0x00000020
>;
};
--------------------------------
./ fsl,pins 里面的定義就是具體的Pin mux定義，包含兩部分。第一部分是 PIN_FUNC_ID ，其由
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Apalis iMX8 -
Colibri iMX8X -
Verdin iMX8M Plus -
Verdin iMX8M Mini -
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./ 第二部分是管腳的配置參數(BIT_CONFIG)，詳細的定義需要從對應SoC處理器的Reference Manual文檔 IOMUXD章節的對應管腳Pad Control 寄存器說明找到，比如上述示例引腳的相關定義可以從NXP iMX8QM Reference Manual 9.2.5.1.26 UART0_RTS_B (UART0_RTS_B) 章節找到，如下。
需要注意的是默認情況下Pin Ctrl寄存器29-27bit mux mode的配置保持000即可，因為這部分已經在前面PIN_FUNC_ID那里定義了。另外配置參數還有下面兩個軟件設置狀態：
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NO_PAD_CTL(1 << 31) - 聲明當前管腳無需配置參數
SION(1 << 30) - Software Input On Field，強制當前管腳Input Path而忽略mux mode設定的狀態
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./ Kernel Documentation 關于NXP i.MX系列處理器的Pin Mux的說明可以參考如下
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c). 基于上述描述，這里要將上述管腳功能定義從PWM修改為標準GPIO，并將GPIO管腳的初始狀態設置為下拉（pull down）和高驅動能力（high drive strength）
./ 查找 pads-imx8qm.h 文件確定所需 PIN_FUNC_ID為 “IMX8QM_UART0_RTS_B_LSIO_GPIO0_IO22”
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#define IMX8QM_UART0_RTS_B_DMA_UART0_RTS_B IMX8QM_UART0_RTS_B 0
#define IMX8QM_UART0_RTS_B_LSIO_PWM0_OUT IMX8QM_UART0_RTS_B 1
#define IMX8QM_UART0_RTS_B_DMA_UART2_RX IMX8QM_UART0_RTS_B 2
#define IMX8QM_UART0_RTS_B_LSIO_GPIO0_IO22 IMX8QM_UART0_RTS_B 3
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./ 從iMX8QM Reference Manual UART0_RTS_B Pin Ctrl寄存器確認所需的 BIT_CONFIG參數是 0x00000040
4). 修改配置Device Tree文件
a). 修改方式由兩種，一種是直接在Kernel源代碼中修改設備對應的Device Tree文件源碼然后重新編譯Device Tree binary文件（.dtb)后部署，另外一種是通過生成Device Tree Overlay文件的方式直接部署，無需編譯源代碼。本文就簡單示例通過源代碼編譯方式，如果需要了解Device Tree Overlay方式可以參考如下兩個文檔
./ https://developer.toradex.cn/knowledge-base/pin-multiplexing-in-device-tree
./ https://www.toradex.cn/blog/device-tree-overlay-shi-yong
./ https://developer.toradex.cn/knowledge-base/device-tree-overlays-linux
b). Device Tree源代碼修改Patch如下，分別關閉默認占用X1 Pin 6的PWM功能，以及重新將X1 Pin6配置為GPIO通過iomuxc輸出。另外，具體的Device Tree編譯和部署可以參考如下文檔
./ https://developer.toradex.cn/knowledge-base/build-u-boot-and-linux-kernel-from-source-code
./ https://developer.toradex.cn/device-tree-customization
./ https://developer.toradex.cn/knowledge-base/device-tree-customization-examples
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diff --git a/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-eval.dtsi b/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-eval.dtsi
index 0a4fe3898993..b75c649e706c 100644
--- a/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-eval.dtsi
+++ b/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-eval.dtsi
@@ -271,7 +271,7 @@
/* Apalis PWM3, MXM3 pin 6 */
&pwm0 {
- status = "okay";
+ status = "disabled";
};
/* Apalis PWM4, MXM3 pin 8 */
diff --git a/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-v1.1.dtsi b/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-v1.1.dtsi
index 0ece42889af8..8dfe04714ec7 100644
--- a/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-v1.1.dtsi
+++ b/arch/arm64/boot/dts/freescale/imx8-apalis-v1.1.dtsi
@@ -426,7 +426,7 @@
<&pinctrl_mipi_dsi_0_1_en>, <&pinctrl_mipi_dsi1_gpios>,
<&pinctrl_mlb_gpios>, <&pinctrl_qspi1a_gpios>,
<&pinctrl_sata1_act>, <&pinctrl_sim0_gpios>,
- <&pinctrl_usdhc1_gpios>;
+ <&pinctrl_usdhc1_gpios>, <&pinctrl_gpio9>;
apalis-imx8qm {
/* Apalis AN1_ADC */
@@ -600,6 +600,13 @@
IMX8QM_MLB_DATA_LSIO_GPIO3_IO28 0x00000021
>;
};
+
+ /* Apalis Pin Mux Demo GPIO9 */
+ pinctrl_gpio9: gpio9grp {
+ fsl,pins = <
+ IMX8QM_UART0_RTS_B_LSIO_GPIO0_IO22 0x00000040
+ >;
+ };
/* Apalis I2C1 */
pinctrl_lpi2c2: lpi2c2grp {
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b). 測試部署Device Tree 文件
./ 在修改部署之前X1 Pin 6管腳的狀態可以參考如下文章，通過連接LED硬件配合libgpiod庫進行測試，由于被PWM驅動占用因此無論通過gpioset如何設置這個管腳，外部LED始終是不亮狀態沒有變化
https://www.toradex.cn/blog/nxp-imx8-qian-ru-shilinux-xialibgpiod-ying-yong-shi-li
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### 系統啟動后查看PWM驅動狀態，管腳對應的PWM設備(5d000000.pwm)狀態正常 ###
root@apalis-imx8-07308034:~# cat /sys/kernel/debug/pwm
platform/57244000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 (backlight ): requested enabled period: 6666667 ns duty: 3111111 ns polaritye
platform/5d030000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 ((null) ): period: 2730667 ns duty: 0 ns polarity: normal
platform/5d020000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 ((null) ): period: 2730667 ns duty: 0 ns polarity: normal
platform/5d010000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 ((null) ): period: 2730667 ns duty: 0 ns polarity: normal
platform/5d000000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 ((null) ): period: 2730667 ns duty: 0 ns polarity: normal
### 由于管腳被PWM驅動占用，因此啟動后LED為滅狀態，而且無論通過gpioset 如何設置，LED始終為滅狀態，無法控制 ###
root@apalis-imx8-07308034:~# gpioset 0 22=1
root@apalis-imx8-07308034:~# gpioset 0 22=0
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c). 修改部署新的Device Tree binary “imx8qm-apalis-v1.1-eval.dtb”后，通過LED發現可以正?？刂?span style="font-family: Calibri;">X1 Pin 6管腳作為輸出的電平狀態了
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### 系統啟動后，基于管腳初始狀態為Pull Down，連接的LED燈為滅狀態 ###
root@apalis-imx8-07308034:~# gpioinfo 0 |grep -e "MXM3_6"
line 22: "MXM3_6" unused input active-high
### 查看PWM驅動狀態，管腳對應的PWM設備(5d000000.pwm)已經沒有了 ###
root@apalis-imx8-07308034:~# cat /sys/kernel/debug/pwm
platform/57244000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 (backlight ): requested enabled period: 6666667 ns duty: 3111111 ns polarity:
inverse
platform/5d030000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 ((null) ): period: 2730667 ns duty: 0 ns polarity: normal
platform/5d020000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 ((null) ): period: 2730667 ns duty: 0 ns polarity: normal
platform/5d010000.pwm, 1 PWM device
pwm-0 ((null) ): period: 2730667 ns duty: 0 ns polarity: normal
### 通過如下命令將管腳配置為輸出高電平，連接的LED燈為亮狀態 ###
root@apalis-imx8-07308034:~# gpioset 0 22=1
### 翻轉輸出為低電平，，連接的LED燈為滅狀態 ###
root@apalis-imx8-07308034:~# gpioset 0 22=0
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./如果將X1 Pin 6管腳的Pin Mux配置BIT_CONFIG參數改為0x00000020，也就是由Pull Down改為Pull Up，那么實際測試上電啟動系統后，連接的LED燈為亮狀態。
5). 總結
本文基于NXP iMX8處理器演示了Pin Multiplexing的定義和配置方法，其他i.MX處理器也都是類似的思路。
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