本文详细介绍NanoPi设备上的GPIO控制方法，包括sysfs接口操作、内核函数操作（ioctl和文件操作）以及寄存器操作。同时介绍了静态加载与动态加载内核模块的区别。
NanoPi GPIO 控制
1. sysfs 操作
前提：在编译内核时，查看是否加入 sysfs 支持，若没有则加上（这里默认使用NanoPi-S2测试，其最新固件已经加入sysfs支持）
$ make menuconfig
Device Drivers —>
GPIO Support —> /sys/class/gpio/… (sysfs interface)1.1 查询编号
#查询gpio在内核中的编号
$ cd /sys/class/gpio
$ for i in gpiochip* ; do echo `cat $i/label`: `cat $i/base` ; done
GPIOA: 0
GPIOE: 128
GPIOALV: 160
GPIOB: 32
GPIOC: 64
GPIOD: 961.2 说明
$ cd /sys/class/gpio
$ ls
export gpiochip128 gpiochip32 gpiochip96
gpiochip0 gpiochip160 gpiochip64 unexportexport 用于通知系统需要导出控制的GPIO引脚编号
unexport 用于通知系统取消导出
gpiochipX 用于保存系统中GPIO寄存器的信息，包括每个寄存器控制引脚的起始编号base，寄存器名称，引脚总数，导出一个引脚的操作步骤
1.3 计算引脚编号
引脚编号 = 控制引脚的寄存器基数 + 控制引脚寄存器位数，以 gpioc9 为例：64+9=73
1.4 导出 gpio
#超级用户身份登录系统
$ cd /sys/class/gpio
$ echo 73 > export 导出
$ ls
gpio731.5 定义方向
$ cd /sys/class/gpio/gpio73
$ echo out > direction #输出
$ echo 1 > value #输出高
$ echo 0 > value #输出低
$ echo in > direction #输入
$ cat value #读取电平2. 内核函数操作
用户层需要和驱动层交流，目前两种方式，一种是通过 ioctl 操作，另一种是基于文件操作。注意，不管是基于 ioctl 还是文件操作，速度都是在 200us 这个数量级上，也就是0.2ms。
2.1 基于 ioctl 操作
2.1.1 内核模块
这个内核模块控制的是 GPIOC11引脚，通过 ioctl 发送 SET_VALUE 命令可以设置引脚输出电平的高低，使用的函数是：
gpio_request(GPIOC11, "test");
gpio_direction_output(GPIOC11, 1);
gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);以下是全部代码：ts_gpio.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/compat.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#include <mach/platform.h>
#include <mach/devices.h>
#define OUTPUT 1
#define INPUT 0
#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123
#define DEVICE_NAME "gpio"
unsigned int GPIOC11 = PAD_GPIO_C + 11;
static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
gpio_request(GPIOC11, "test");
gpio_direction_output(GPIOC11, 1);
printk("request GPIOC11\n");
return 0;
}
static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *file){
printk("gpio_set_value LOW\n");
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
gpio_free(GPIOC11);
return 0;
}
static long gpio_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) {
if(cmd == SET_VALUE){
if(arg == HIGH){
gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);
printk("gpio_set_value HIGH\n");
}else if(arg == LOW){
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
printk("gpio_set_value LOW\n");
}
}
return -EMSGSIZE;
}
static struct file_operations gpio_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = gpio_open,
.release = gpio_close,
.unlocked_ioctl = gpio_ioctl,
};
static struct miscdevice gpio_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = DEVICE_NAME,
.fops = &gpio_fops,
};
volatile unsigned * GPIOCOUT;
static int gpio_init(void){
int ret = 0;
printk("init\n");
ret = misc_register(&gpio_dev);//注册内核
return ret;
}
static void gpio_exit(void){
misc_deregister(&gpio_dev);
printk("exit\n");
}
module_init(gpio_init);
module_exit(gpio_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YPW");2.1.2 驱动编译
Makefile
obj-m:=ts_gpio.o
mymodule-objs:=gpio #生成的驱动设备名
KDIR:=/home/fa/linux-3.4.y/
MAKE:=make
# EXTRA_CFLAGS += -I$(KDIR)arch/arm/mach-s5p4418/prototype/module
default:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) clean如果你需要编译这个内核模块，你首先需要下载 linux 内核的源代码，详见 wiki 说明，然后将KDIR修改为你的内核地址，make 即可编译出 gpio.ko
2.1.3 编写应用
//gpio_ioctl.c
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123
int main()
{
int fd = open("/dev/gpio", O_RDWR);
int i;
for(i=0;i<3;i++){
ioctl(fd, SET_VALUE, HIGH);
usleep(100000);
ioctl(fd, SET_VALUE, LOW);
usleep(100000);
}
close(fd);
return 0;
}2.1.4 编译运行
$ gcc gpio_ioctl.c -o gpio_ioctl
$ ./gpio_ioctl2.2 基于文件操作
2.2.1 内核模块
//ts_gpio.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/compat.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#include <mach/platform.h>
#include <mach/devices.h>
#define OUTPUT 1
#define INPUT 0
#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123
#define DEVICE_NAME "gpio"
unsigned int GPIOC11 = PAD_GPIO_C + 11;
static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
gpio_request(GPIOC11, "test");
gpio_direction_output(GPIOC11, 1);
printk("request GPIOC11\n");
return 0;
}
static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *file){
printk("gpio_set_value LOW\n");
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
gpio_free(GPIOC11);
return 0;
}
//这里区别于 ioctl
static ssize_t gpio_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {
if (count > 1)
return -EMSGSIZE;
if(buf[0] == '1'){
gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);
printk("gpio_set_value HIGH\n");
}else if(buf[0] == '0'){
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
printk("gpio_set_value LOW\n");
}else{
return -EMSGSIZE;
}
return -EMSGSIZE;
}
static struct file_operations gpio_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = gpio_open,
.release = gpio_close,
.write = gpio_write,
};
static struct miscdevice gpio_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = DEVICE_NAME,
.fops = &gpio_fops,
};
volatile unsigned * GPIOCOUT;
static int gpio_init(void){
int ret = 0;
printk("init\n");
ret = misc_register(&gpio_dev);
return ret;
}
static void gpio_exit(void){
iounmap(GPIOCOUT);
misc_deregister(&gpio_dev);
printk("exit\n");
}
module_init(gpio_init);
module_exit(gpio_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("HJ");2.2.2 驱动编译
Makefile 同 2.1.2
2.2.3 编写应用
#include <stdio.h>
int main()
{
FILE *p = fopen("/dev/gpio", "w");
int i;
for(i=0;i<3;i++){
fprintf(p, "1");fflush(p);
usleep(100000);
fprintf(p, "0");fflush(p);
usleep(100000);
}
fclose(p);
return 0;
}fflush用于清空缓冲流
2.2.4 编译运行
同 2.1.4
2.3 基于寄存器操作
程序在用户层即可操作寄存器，原理是通过mmap将寄存器的地址通过映射到用户层，然后控制，需要阅读芯片手册，了解最底层的 GPIO 控制。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#define GPIOC_BASE_ADDRESS (0xC001C000)
#define MAP_SIZE 40
#define GPIOCOUT *(unsigned int *)base
#define GPIOCOUTENB *(unsigned int *)(base+0x04)
#define GPIOCALTFN0 *(unsigned int *)(base+0x20)
static int dev_fd;
int main(int argc, char **argv)
{
dev_fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_NDELAY);
if (dev_fd < 0)
{
printf("open(/dev/mem) failed.");
return 0;
}
unsigned int base = (unsigned int)mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE,
MAP_SHARED, dev_fd, GPIOC_BASE_ADDRESS );
GPIOCALTFN0 &= ~(3<<22);
GPIOCALTFN0 |= (1<<22);
GPIOCOUTENB |= (1<<11);
GPIOCOUT |= (1<<11);
sleep(1);
GPIOCOUT &= ~(1<<11);
if(dev_fd)
close(dev_fd);
munmap((unsigned int *)base,MAP_SIZE);
return 0;
}3. 说明
静态加载：make menuconfig 选择模块是 [*] 编译进内核，然后make zImage编译内核，最后将 image 文件放到SD卡或NFS启动内核即可
动态加载：make menuconfig 选择模块是 [M] 编译进内核，然后 meke modules 编译模块，生成.ko文件，将其发送到ARM开发板里面，使用命令 insmod 进行加载，用 lsmod 进行查看，用 modinfo 查看详细信息，用rmmod 删除。
以上 GPIO 测试均为动态加载
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