本文详细介绍了如何通过应用层控制GPIO，包括导出与删除GPIO、配置为输入或输出模式、设置极性、控制输出电平及配置中断触发模式，并提供了具体的编程实例。
介绍应用层如何控制 GPIO，譬如控制 GPIO 输出高电平、或输出低电平
应用层如何操控 GPIO
与 LED 设备一样，GPIO 同样也是通过 sysfs 方式进行操控，进入到/sys/class/gpio 目录下
⚫ gpiochipX：当前 SoC 所包含的 GPIO 控制器，我们知道 I.MX6UL/I.MX6ULL 一共包含了 5 个 GPIO 控制器，分别为 GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4、GPIO5，在这里分别对应 gpiochip0、gpiochip32、gpiochip64、gpiochip96、gpiochip128 这 5 个文件夹，每一个 gpiochipX 文件夹用来管理一组 GPIO。 随便进入到其中某个目录下，可以看到这些目录下包含了如下文件：
在这个目录我们主要关注的是 base、label、ngpio 这三个属性文件，这三个属性文件均是只读、不可写。
base：与 gpiochipX 中的 X 相同，表示该控制器所管理的这组 GPIO 引脚中最小的编号。每一个 GPIO 引脚都会有一个对应的编号，Linux 下通过这个编号来操控对应的 GPIO 引脚。
label：该组 GPIO 对应的标签，也就是名字。
ngpio：该控制器所管理的 GPIO 引脚的数量（所以引脚编号范围是：base ~ base+ngpio-1）
具体计算过程：
对于给定的一个 GPIO 引脚，如何计算它在 sysfs 中对应的编号呢？其实非常简单，譬如给定一个 GPIO 引脚为 GPIO4_IO16，那它对应的编号是多少呢？首先我们要确定 GPIO4 对应于 gpiochip96，该组 GPIO 引脚的最小编号是 96（对应于 GPIO4_IO0），所以 GPIO4_IO16 对应的编号自然是 96 + 16 = 112；同理 GPIO3_IO20 对应的编号是 64 + 20 = 84。
export：用于将指定编号的 GPIO 引脚导出。在使用 GPIO 引脚之前，需要将其导出，导出成功之后才能使用它。注意 export 文件是只写文件，不能读取，将一个指定的编号写入到 export 文件中即可将对应的 GPIO 引脚导出，譬如：
echo 0 > export # 导出编号为 0 的 GPIO 引脚（对于 I.MX6UL/I.MX6ULL 来说，也就是 GPIO1_IO0）
导出成功之后会发现在/sys/class/gpio 目录下生成了一个名为 gpio0 的文件夹（gpioX，X 表示对应的编号），这个文件夹就是导出来的 GPIO 引脚对应的文件夹，用于管理、控制该 GPIO 引脚，
unexport：将导出的 GPIO 引脚删除。当使用完 GPIO 引脚之后，我们需要将导出的引脚删除，同样该文件也是只写文件、不可读
echo 0 > unexport # 删除导出的编号为 0 的 GPIO 引脚
删除成功之后，之前生成的 gpio0 文件夹就会消失！
gpioX
将指定的编号写入到 export 文件中，可以导出指定编号的 GPIO 引脚，导出成功之后会在/sys/class/gpio 目录下生成对应的 gpioX（X 表示 GPIO 的编号）文件夹，以前面所生成的 gpio0 为例，进入到 gpio0 目录， 该目录下的文件如下所示：
我们主要关心的文件是 active_low、direction、edge 以及 value 这四个属性文件，接下来分别介绍这四个属性文件的作用
⚫ direction：配置 GPIO 引脚为输入或输出模式。该文件可读、可写，读表示查看 GPIO 当前是输入还是输出模式，写表示将 GPIO 配置为输入或输出模式；读取或写入操作可取的值为"out"（输出模式）和"in"（输入模式）
⚫ value：在 GPIO 配置为输出模式下，向 value 文件写入"0"控制 GPIO 引脚输出低电平，写入"1"则控制 GPIO 引脚输出高电平。在输入模式下，读取 value 文件获取 GPIO 引脚当前的输入电平状态。 譬如：
# 获取 GPIO 引脚的输入电平状态echo "in" > directioncat value# 控制 GPIO 引脚输出高电平echo "out" > directionecho "1" > value
⚫ active_low：这个属性文件用于控制极性，可读可写，默认情况下为 0，譬如：
# active_low 等于 0 时echo "0" > active_lowecho "out" > directionecho "1" > value #输出高echo "0" > value #输出低# active_low 等于 1 时$ echo "1" > active_low$ echo "out" > direction$ echo "1" > value #输出低$ echo "0" > value #输出高
⚫ edge：控制中断的触发模式，该文件可读可写。在配置 GPIO 引脚的中断触发模式之前，需将其设置为输入模式：
非中断引脚：echo "none" > edge
上升沿触发：echo "rising" > edge
下降沿触发：echo "falling" > edge
边沿触发：echo "both" > edge
当引脚被配置为中断后可以使用 poll()函数监听引脚的电平状态变化
GPIO 应用编程之输出
编写一个简单地测试程序，控制开发板上的某一个 GPIO 输出高、低不同的电平状态
执行程序时需要传入两个参数，argv[1]指定 GPIO 的编号、argv[2]指定输出电平状态（0 表示低电平、 1 表示高电平）。
（代码解析）代码中首先使用 access()函数判断指定编号的 GPIO 引脚是否已经导出，也就是判断相应的 gpioX 目录是否存在，如果不存在则表示未导出，则通过"/sys/class/gpio/export"文件将其导出；导出之后先配置了 GPIO 引脚为输出模式，也就是向 direction 文件中写入"out"；接着再配置极性，通过向 active_low 文件中写入"0"（不用配置也可以）；最后再控制 GPIO 引脚输出相应的电平状态，通过对 value 属性文件写入"1"或 "0"来使其输出高电平或低电平。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
static char gpio_path[100];
static int gpio_config(const char *attr, const char *val)
{
char file_path[100];
int len;
int fd;
sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, attr);
if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
perror("open error");
return fd;
}
len = strlen(val);
if (len != write(fd, val, len)) {
perror("write error");
close(fd);
return -1;
}
close(fd); //关闭文件
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
/* 校验传参 */
if (3 != argc) {
fprintf(stderr, "usage: %s <gpio> <value>\n", argv[0]);
exit(-1);
}
/* 判断指定编号的 GPIO 是否导出 */
sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);
if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出
int fd;
int len;
if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
len = strlen(argv[1]);
if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出 gpio
perror("write error");
close(fd);
exit(-1);
}
close(fd); //关闭文件
}
/* 配置为输出模式 */
if (gpio_config("direction", "out"))
exit(-1);
/* 极性设置 */
if (gpio_config("active_low", "0"))
exit(-1);
/* 控制 GPIO 输出高低电平 */
if (gpio_config("value", argv[2]))
exit(-1);
/* 退出程序 */
exit(0);
}
GPIO 应用编程之输入
编写一个读取 GPIO 电平状态的测试程序
执行程序时需要传入一个参数，argv[1]指定要读取电平状态的 GPIO 对应的编号。
（代码分析）上述代码中首先使用 access()函数判断指定编号的 GPIO 引脚是否已经导出，若未导出，则通过 "/sys/class/gpio/export"文件将其导出；导出之后先配置了 GPIO 引脚为输入模式，也就是向 direction 文件中 写入"in"；接着再配置极性、设置 GPIO 引脚为非中断模式（向 edge 属性文件中写入"none"）。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
static char gpio_path[100];
static int gpio_config(const char *attr, const char *val)
{
char file_path[100];
int len;
int fd;
sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, attr);
if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
perror("open error");
return fd;
}
len = strlen(val);
if (len != write(fd, val, len)) {
perror("write error");
close(fd);
return -1;
}
close(fd); //关闭文件
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
char file_path[100];
char val;
int fd;
/* 校验传参 */
if (2 != argc) {
fprintf(stderr, "usage: %s <gpio>\n", argv[0]);
exit(-1);
}
/* 判断指定编号的 GPIO 是否导出 */
sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);
if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出
int len;
if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
len = strlen(argv[1]);
if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出 gpio
perror("write error");
close(fd);
exit(-1);
}
close(fd); //关闭文件
}
/* 配置为输入模式 */
if (gpio_config("direction", "in"))
/* 极性设置 */
if (gpio_config("active_low", "0"))
exit(-1);
/* 配置为非中断方式 */
if (gpio_config("edge", "none"))
exit(-1);
/* 读取 GPIO 电平状态 */
sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value");
if (0 > (fd = open(file_path, O_RDONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
if (0 > read(fd, &val, 1)) {
perror("read error");
close(fd);
exit(-1);
}
printf("value: %c\n", val);
/* 退出程序 */
close(fd);
exit(0);
}
GPIO 应用编程之中断
在应用层可以将 GPIO 配置为中断触发模式，譬如将 GPIO 配置为上升沿触发、下降沿触发或者边沿触发，编写一个测试程序，将 GPIO 配置为边沿触发模式并监测中断触发状态
执行程序时需要传入一个参数，argv[1]指定要读取电平状态的 GPIO 对应的编号。
上述代码中首先使用 access()函数判断指定编号的 GPIO 引脚是否已经导出，若未导出，则通过 "/sys/class/gpio/export"文件将其导出。 对 GPIO 进行配置：配置为输入模式、配置极性、将触发方式配置为边沿触发。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
static char gpio_path[100];
static int gpio_config(const char *attr, const char *val)
{
char file_path[100];
int len;
int fd;
sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, attr);
if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
perror("open error");
return fd;
}
len = strlen(val);
if (len != write(fd, val, len)) {
perror("write error");
return -1;
}
close(fd); //关闭文件
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
struct pollfd pfd;
char file_path[100];
int ret;
char val;
/* 校验传参 */
if (2 != argc) {
fprintf(stderr, "usage: %s <gpio>\n", argv[0]);
exit(-1);
}
/* 判断指定编号的 GPIO 是否导出 */
sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);
if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出
int len;
int fd;
if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
len = strlen(argv[1]);
if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出 gpio
perror("write error");
exit(-1);
}
close(fd); //关闭文件
}
/* 配置为输入模式 */
if (gpio_config("direction", "in"))
exit(-1);
/* 极性设置 */
if (gpio_config("active_low", "0"))
exit(-1);
/* 配置中断触发方式: 上升沿和下降沿 */
if (gpio_config("edge", "both"))
exit(-1);
/* 打开 value 属性文件 */
sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value");
if (0 > (pfd.fd = open(file_path, O_RDONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
/* 调用 poll */
pfd.events = POLLPRI; //只关心高优先级数据可读（中断）
read(pfd.fd, &val, 1);//先读取一次清除状态
for ( ; ; ) {
ret = poll(&pfd, 1, -1); //调用 poll
if (0 > ret) {
perror("poll error");
exit(-1);
}
else if (0 == ret) {
fprintf(stderr, "poll timeout.\n");
continue;
}
/* 校验高优先级数据是否可读 */
if(pfd.revents & POLLPRI) {
if (0 > lseek(pfd.fd, 0, SEEK_SET)) {//将读位置移动到头部
perror("lseek error");
exit(-1);
}
if (0 > read(pfd.fd, &val, 1)) {
perror("read error");
exit(-1);
}
printf("GPIO 中断触发<value=%c>\n", val);
}
}
/* 退出程序 */
exit(0);
}
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