学习笔记之Linux的GPIO控制

目录

1. GPIO命名规则

2. GPIO的控制方式

2.1 使用GPIO sysfs接口控制IO

2.2 使用libgpiod控制IO 

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      笔者在学习到点灯实验时，想到直接进行小灯的参数修改比较简单，于是想通过直接对GPIO进行操作从而达到相同的效果(这里可能需要修改设备树，这块笔者也不是很懂不敢乱说，于是借用另一个32开发板的小灯进行测试)。泰山派所采用的主控芯片是rk3566，包含40pinGPIO口，具体接口信息如下图所示：

1. GPIO命名规则

        在rk3566中，GPIO口的引脚按照“控制器+端口+索引序号”的形式进行命名，例如GPIO1_A4表示第一组控制器中A端口的4号引脚。在硬件设计中共有5个固定端口A，B，C和D（对应0，1，2，3），各端口有8个索引序号（0~7）。

2. GPIO的控制方式

2.1 使用GPIO sysfs接口控制IO

        在Linux中，最常见的读写GPIO方式就是用GPIO sysfs interface， 是通过操作 /sys/class/gpio 目录下的 export 、 unexport 、gpio{N}/direction, gpio{N} /value （用实际引脚号替代{N}）等文件实现的，经常出现shell脚本里面。这种方法不需要任何特殊的内核模块或驱动，只需通过用户空间的程序就可以访问和控制GPIO。

        以下是一个基本的步骤指南，用于通过sysfs接口控制GPIO：

1.导出GPIO

        首先，需要将GPIO从内核导出到用户空间。这可以通过向/sys/class/gpio/export文件写入GPIO编号来实现。例如，我们需要控制GPIO3_B4  (32*3+1*8+4 = 108，详细规则可以看：2. GPIO控制 — 快速使用手册—基于LubanCat-RK356x系列板卡 文档）的GPIO，可以这样做：

echo 108 > /sys/class/gpio/export

2.设置GPIO方向

        接下来，需要设置GPIO的方向（输入或输出）。这可以通过修改/sys/class/gpio/gpioX/direction文件来实现，其中X是你之前导出的GPIO的编号。

• 对于输入GPIO：

echo in > /sys/class/gpio/gpio108/direction

        这里也可以先查看一下此时的IO口状态：

cat /sys/class/gpio/gpio108/value

        可以看到此时是低电平，且小灯是亮着的 

• 对于输出GPIO：

echo out > /sys/class/gpio/gpio108/direction

3.控制输出GPIO

        如果你设置了GPIO为输出，你可以通过修改/sys/class/gpio/gpioX/value文件来控制其电平。写入1将设置GPIO为高电平，写入0将设置GPIO为低电平。 这里写入高电平，可以看到此时的小灯已经熄灭，证明我们实验成功了。

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio108/value

4.复位GPIO

当你不再需要控制某个GPIO时，可以将其从用户空间取消导出。这可以通过向/sys/class/gpio/unexport文件写入GPIO编号来实现。

echo 108 > /sys/class/gpio/unexpor

5.程序编写

    首先介绍两个常用的函数：access和open。

access 函数：

//用于检查进程是否有权限读取、写入或执行某个文件
#include <unistd.h>  
  
int access(const char *pathname, int mode);

        其中：

• pathname 是你想要检查的文件的路径。
• mode 是一个标志，用于指定你想要检查的访问权限。它可以是以下值之一或它们的组合：
  • R_OK：测试读权限
  • W_OK：测试写权限
  • X_OK：测试执行权限
  • F_OK：测试文件是否存在

        如果调用成功，access 返回0；如果失败，则返回-1，并设置errno以指示错误。

open函数：

        open函数有两个或三个参数，具体形式如下：

//用于打开或创建文件
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

int open(const char *pathname, int flags);
int open(const char *pathname, int flags, mode_t mode);

        其中，pathname参数表示要打开或创建的文件名（含路径，缺省为当前路径）。flags参数用于指定打开文件的方式和权限，常用的标志位有：

• O_RDONLY：只读方式打开文件。
• O_WRONLY：只写方式打开文件。
• O_RDWR：读写方式打开文件。
• O_CREAT：如果文件不存在，则创建文件。
• O_EXCL：与O_CREAT一起使用，如果文件已存在，则返回错误。
• O_TRUNC：如果文件已存在，将其截断为0字节。
• O_APPEND：在文件末尾追加写入。

        当使用两个参数的open函数时，仅通过flags参数指定打开文件的方式和权限。而使用三个参数的open函数时，还需要通过mode参数指定新文件的存取许可权限。

        open函数的返回值是一个文件描述符（file descriptor），它是一个非负整数，用于在后续的文件操作中标识该文件。如果操作成功，open函数将返回一个有效的文件描述符；如果操作失败，将返回-1。 

    在认识以上两个函数之后，我们就可以正式来写IO口的驱动函数了，这个过程执行的原理非常简单，这里以野火的程序为例 ：

• 把GPIO的编号写入到export文件，导出GPIO设备。

• 修改GPIO设备属性direction文件值为out，把GPIO设置为输出方向。

• 修改GPIO设备属性文件value的值为1或0，控制GPIO高电平或低电平。

#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>

#define GPIO_INDEX "42"
static char gpio_path[75];
int gpio_init(char *name)
{
    int fd;

    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", name);
    //查询文件是否存在
    if (access("gpio_path", F_OK)){
        //只读方式打开
        fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
        //打开文件失败
        if(fd < 0)
            return 1 ;
    
        write(fd, name, strlen(name));
        close(fd);
    
        //初始化gpio使用的引脚为输出模式
        sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s/direction", name);
        fd = open(gpio_path, O_WRONLY);
        if(fd < 0)
            return 2;
    
        write(fd, "out", strlen("out"));
        close(fd);
    }

    return 0;
}
//向unexport文件写入编号，取消导出
int gpio_deinit(char *name)
{
    int fd;
    fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);
    if(fd < 0)
        return 1;

    write(fd, name, strlen(name));
    close(fd);

    return 0;
}

//输出高电平
int gpio_high(char *name)
{
    int fd;
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s/value", name);
    fd = open(gpio_path, O_WRONLY);
    if(fd < 0){
        printf("open gpio%s wrong\n",name);
        return -1;
    }
        
    if(2 != write(fd, "1", sizeof("1")))
        printf("wrong set \n");
    close(fd);
    return 0;
}

//输出低电平
int gpio_low(char *name)
{
    int fd;
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s/value", name);
    fd = open(gpio_path, O_WRONLY);
    if(fd < 0){
        printf("open gpio%s wrong\n",name);
        return -1;
    }
        
    if(2 != write(fd, "0", sizeof("0")))
        printf("wrong set \n");
    close(fd);
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    char buf[10];
    int res;

    /* 校验传参 */
    if (2 != argc) {
        printf( "usage: %s <PinNum>\n",argv[0]);
        return -1;
    }
    res = gpio_init(argv[1]);
    if(res){
        printf("gpio init error,code = %d",res);
        return 0;
    }

    while(1){
        printf("Please input the value : 0--low 1--high q--exit\n");
        scanf("%10s", buf);
 
        switch (buf[0]){
            case '0':
                gpio_low(argv[1]);
                break;
 
            case '1':
                gpio_high(argv[1]);
                break;
 
            case 'q':
                gpio_deinit(argv[1]);
                printf("Exit\n");
                return 0;
 
            default:
                break;
       }
    }
    return 0;
}

2.2 使用libgpiod控制IO 

        4.8版本的Kernel加入了libgpiod的支持，这里笔者的kernel版本不支持就不继续编译了，可以简单了解一下，详细可以访问野火的：2. GPIO控制 — 快速使用手册—基于LubanCat-RK356x系列板卡 文档

        先输入进行插件安装：

sudo apt install gpiod

        下面是一些简单的常用命令： 

命令	作用	使用举例	说明
gpiodetect	列出所有的GPIO控制器	gpiodetect(无参数)	列出所有的GPIO控制器
gpioinfo	列出gpio控制器的引脚情况	gpioinfo 1	列出第一组控制器引脚组情况
gpioset	设置gpio	gpioset 1 20=0	设置第一组控制器编号4引脚为低电平
gpioget	获取gpio引脚状态	gpioget 1 20	获取第一组控制器编号4的引脚状态
gpiomon	监控gpio的状态	gpiomon 1 20	监控第一组控制器编号4的引脚状态

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