linuxgpio操作
A. linux内核gpio
本文基于 RockPI 4A 单板 Linux 4.4 内核介绍 RK3399 Linux GPIO 功能。
GPIO(General Purpose Input/Output Port) ：通用输入输出端口。
除作为一般的输入/输出功能外，还可以配置为中断和模拟 PWM、I2C 等接口功能。
RK3399 GPIO 属性如下：
1、一共有5组 GPIO(GPIO0~4) ，每组 GPIO 为一个 Bank ，共32个引脚。每个 Bank 包括4个 Group (GPIOA(0~7) ~ D(0~7)) 。不是所有 Bank 都有 GPIOA~D 的编号， RK3399 共122个 GPIO 引脚。
2、所有 GPIO 都可被配置为 CA55或CA53 的中断功能，且 GPIO0 和 GPIO1 可用于系统低功耗唤醒模式。
3、在上电复位后，所有 GPIO 默认输入状态。
4、软件可配置 GPIO 驱动强度。
RK3399 引脚在系统中显示如下：
RK3399 GPIO 引脚号计算方式：
例：
以 ROCKPI 4A 单板 WIFI 模块电源（ GPIO0_B2 ）为例，介绍 DTS 中 GPIO 配置。
在系统启动后，可以查看 GPIO ，命令如下：
注：
如果debugfs没有挂载，使用下面命令挂载
Linux 内核 GPIO 主要实现文件：
GPIO 子系统有两套 API ：
1、基于描述符（descriptor-based）
前缀为： gpiod_ 。
参考： Documentation/gpio/consumer.txt
2、老版本接口（legacy）
前缀为： gpio_ 。
参考： Documentation/gpio/gpio-legacy.txt
3、常用API
GPIO 还有很多接口，就不一一列举了。
RK3399 GPIO 控制器驱动实现文件： drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c ，涉及主要函数：
所有 GPIO 子系统的 API 最终都会调到 SOC 的 GPIO 控制器驱动函数。
ROCKPi 4A 单板有个40个引脚的扩展口，引用 radxa 图片，见下图。
1、进入测试目录
2、导出GPIO
在使用 GPIO2_A7 前，需要导出该引脚。方法：配置 export 后，会出现 gpio71 节点。
测试时，注意不要使用在程序中已经申请过或配置为其它功能的 GPIO 引脚。
3、配置GPIO方向
设置 GPIO2_A7 的输入/输出方向。
in ：表示输入。
out ：表示输出。
active_low ：用于中断配置中高电平或低电平有效。
edge ：用于中断配置中上升沿或下降沿有效。
4、配置GPIO输出值
在 GPIO 为输入时，通过 value 查询 GPIO 的输入电平（高或低电平）。
在 GPIO 为输出时，通过 value 配置 GPIO 的输出电平（高或低电平）。
5、查看GPIO
查看已经导出的 GPIO71 。
6、取消导出
使用完 GPIO2_A7 后，需要进行释放。方法：配置 unexport 后， gpio71 节点会消失。
B. 如何在Linux系统中直接操作GPIO
在一个老手的指导下，应用层可以直接操作GPIO，具体指设置GPIO的输入输出以及输出电平高或者低。这个大大地提高了灵活性，官方的文档有GPIO Sysfs Interface for Userspace，GPIO Sysfs。
这里我记录一下使用过例子：
# RK30_PIN0_PD4
# A0-7 -> 0-7 / B0-7 -> 8-15 / C0-7 -> 16-23 / D0-7 -> 24-31
echo 28 > /sys/class/gpio/export
echo "out" > /sys/class/gpio/gpio28/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio28/value
以上代码作用是：将RK30_PIN0_PD4设置为输出，将输出电平设置为高电平。
C. linux 下/sys/class/gpio 怎么注册
通过sysfs方式控制GPIO，先访问/sys/class/gpio目录，向export文件写入GPIO编号，使得该GPIO的操作接口从内核空间暴露到用户空间，GPIO的操作接口包括direction和value等，direction控制GPIO方向，而value可控制GPIO输出或获得GPIO输入。文件IO方式操作GPIO，使用到了4个函数open、close、read、write。
首先，看看系统中有没有“/sys/class/gpio”这个文件夹。如果没有请在编译内核的时候加入 Device Drivers-> GPIO Support ->/sys/class/gpio/… (sysfs interface)。
/sys/class/gpio 的使用说明：
gpio_operation 通过/sys/文件接口操作IO端口 GPIO到文件系统的映射
◇ 控制GPIO的目录位于/sys/class/gpio
◇ /sys/class/gpio/export文件用于通知系统需要导出控制的GPIO引脚编号
◇ /sys/class/gpio/unexport 用于通知系统取消导出
◇ /sys/class/gpio/gpiochipX目录保存系统中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
◇ 首先计算此引脚编号，引脚编号 = 控制引脚的寄存器基数 + 控制引脚寄存器位数
◇ 向/sys/class/gpio/export写入此编号，比如12号引脚，在shell中可以通过以下命令实现，命令成功后生成/sys/class/gpio/gpio12目录，如果没有出现相应的目录，说明此引脚不可导出
◇ direction文件，定义输入输入方向，可以通过下面命令定义为输出。direction接受的参数：in, out, high, low。high/low同时设置方向为输出，并将value设置为相应的1/0
◇ value文件是端口的数值，为1或0
几个例子：
1. 导出
/sys/class/gpio# echo 44 > export
2. 设置方向
/sys/class/gpio/gpio44# echo out > direction
3. 查看方向
/sys/class/gpio/gpio44# cat direction
4. 设置输出
/sys/class/gpio/gpio44# echo 1 > value
5. 查看输出值
/sys/class/gpio/gpio44# cat value
6. 取消导出
/sys/class/gpio# echo 44 > unexport
文件读写例程：
#include stdlib.h
#include stdio.h
#include string.h
#include unistd.h
#include fcntl.h //define O_WRONLY and O_RDONLY
//芯片复位引脚: P1_16
#define SYSFS_GPIO_EXPORT "/sys/class/gpio/export"
#define SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL "48"
#define SYSFS_GPIO_RST_DIR "/sys/class/gpio/gpio48/direction"
#define SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL "OUT"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL "/sys/class/gpio/gpio48/value"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_H "1"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_L "0"
int main()
{
int fd;
//打开端口/sys/class/gpio# echo 48 > export
fd = open(SYSFS_GPIO_EXPORT, O_WRONLY);
if(fd == -1)
{
printf("ERR: Radio hard reset pin open error.\n");
return EXIT_FAILURE;
}
write(fd, SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL ,sizeof(SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL));
close(fd);
//设置端口方向/sys/class/gpio/gpio48# echo out > direction
fd = open(SYSFS_GPIO_RST_DIR, O_WRONLY);
if(fd == -1)
{
printf("ERR: Radio hard reset pin direction open error.\n");
return EXIT_FAILURE;
}
write(fd, SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL));
close(fd);
//输出复位信号: 拉高>100ns
fd = open(SYSFS_GPIO_RST_VAL, O_RDWR);
if(fd == -1)
{
printf("ERR: Radio hard reset pin value open error.\n");
return EXIT_FAILURE;
}
while(1)
{
write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_H, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_H));
usleep(1000000);
write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_L, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_L));
usleep(1000000);
}
close(fd);
printf("INFO: Radio hard reset pin value open error.\n");
return 0;
}
另外参考网上一个网友的程序，这里做了验证，并实现中断检测函数。如下：
#include stdlib.h
#include stdio.h
#include string.h
#include unistd.h
#include fcntl.h
#include poll.h
#define MSG(args...) printf(args)
//函数声明
static int gpio_export(int pin);
static int gpio_unexport(int pin);
static int gpio_direction(int pin, int dir);
static int gpio_write(int pin, int value);
static int gpio_read(int pin);
static int gpio_export(int pin)
{
char buffer[64];
int len;
int fd;
fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
if (fd < 0) {
MSG("Failed to open export for writing!\n");
return(-1);
}
len = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d", pin);
if (write(fd, buffer, len) < 0) {
MSG("Failed to export gpio!");
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
static int gpio_unexport(int pin)
{
char buffer[64];
int len;
int fd;
fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);
if (fd < 0) {
MSG("Failed to open unexport for writing!\n");
return -1;
}
len = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d", pin);
if (write(fd, buffer, len) < 0) {
MSG("Failed to unexport gpio!");
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
//dir: 0-->IN, 1-->OUT
static int gpio_direction(int pin, int dir)
{
static const char dir_str[] = "in\0out";
char path[64];
int fd;
snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", pin);
fd = open(path, O_WRONLY);
if (fd < 0) {
MSG("Failed to open gpio direction for writing!\n");
return -1;
}
if (write(fd, &dir_str[dir == 0 ? 0 : 3], dir == 0 ? 2 : 3) < 0) {
MSG("Failed to set direction!\n");
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
//value: 0-->LOW, 1-->HIGH
static int gpio_write(int pin, int value)
{
static const char values_str[] = "01";
char path[64];
int fd;
snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);
fd = open(path, O_WRONLY);
if (fd < 0) {
MSG("Failed to open gpio value for writing!\n");
return -1;
}
if (write(fd, &values_str[value == 0 ? 0 : 1], 1) < 0) {
MSG("Failed to write value!\n");
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
static int gpio_read(int pin)
{
char path[64];
char value_str[3];
int fd;
snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);
fd = open(path, O_RDONLY);
if (fd < 0) {
MSG("Failed to open gpio value for reading!\n");
return -1;
}
if (read(fd, value_str, 3) < 0) {
MSG("Failed to read value!\n");
return -1;
}
close(fd);
return (atoi(value_str));
}
// none表示引脚为输入，不是中断引脚
// rising表示引脚为中断输入，上升沿触发
// falling表示引脚为中断输入，下降沿触发
// both表示引脚为中断输入，边沿触发
// 0-->none, 1-->rising, 2-->falling, 3-->both
static int gpio_edge(int pin, int edge)
{
const char dir_str[] = "none\0rising\0falling\0both";
char ptr;
char path[64];
int fd;
switch(edge){
case 0:
ptr = 0;
break;
case 1:
ptr = 5;
break;
case 2:
ptr = 12;
break;
case 3:
ptr = 20;
break;
default:
ptr = 0;
}
snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/edge", pin);
fd = open(path, O_WRONLY);
if (fd < 0) {
MSG("Failed to open gpio edge for writing!\n");
return -1;
}
if (write(fd, &dir_str[ptr], strlen(&dir_str[ptr])) < 0) {
MSG("Failed to set edge!\n");
return -1;
}
close(fd);
return 0;
}
//GPIO1_17
int main()
{
int gpio_fd, ret;
struct pollfd fds[1];
char buff[10];
unsigned char cnt = 0;
//LED引脚初始化
gpio_export(115);
gpio_direction(115, 1);
gpio_write(115, 0);
//按键引脚初始化
gpio_export(49);
gpio_direction(49, 0);
gpio_edge(49,1);
gpio_fd = open("/sys/class/gpio/gpio49/value",O_RDONLY);
if(gpio_fd < 0){
MSG("Failed to open value!\n");
return -1;
}
fds[0].fd = gpio_fd;
fds[0].events = POLLPRI;
ret = read(gpio_fd,buff,10);
if( ret == -1 )
MSG("read\n");
while(1){
ret = poll(fds,1,0);
if( ret == -1 )
MSG("poll\n");
if( fds[0].revents & POLLPRI){
ret = lseek(gpio_fd,0,SEEK_SET);
if( ret == -1 )
MSG("lseek\n");
ret = read(gpio_fd,buff,10);
if( ret == -1 )
MSG("read\n");
gpio_write(115, cnt++%2);
}
usleep(100000);
}
return 0;
}