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与 LED 设备一样#xff0c;GPIO 同样也是通过 sysfs 方式进行操控#xff0c;进入到/sys/class/gpio 目录下#xff0c;如下所示#xff1a; gpiochipX#xff1a;当前 SoC 所包含的 GPIO 控制器#xff0c;我们知道 I.MX6UL/I.MX6ULL 一共包…一、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 目录下如下所示 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。 可以看出gpiochip0最小编号为0而gpiochip32最小编号为32. 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 ~ basengpio-1。 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gpioXX 表示对应的编号如图所示。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、不可读譬如
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 控制 GPIO 引脚主要是通过 export 导出之后所生成的 gpioXX 表示对应的编号文件夹在该文件夹目录下存在一些属性文件可用于控制 GPIO引脚的输入、输出以及输出的电平状态等。 Tips需要注意的是并不是所有 GPIO 引脚都可以成功导出如果对应的 GPIO 已经在内核中被使用了那便无法成功导出打印如下信息 那也就是意味着该引脚已经被内核使用了譬如某个驱动使用了该引脚那么将无法导出成功
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 gpioXX 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输入模式如下所示 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 direction
cat value
# 控制 GPIO 引脚输出高电平
echo out direction
echo 1 valueactive_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_low
echo out direction
echo 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 #输出高由此看出active_low 的作用已经非常明显了对于输入模式来说也同样适用。
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。
二、GPIO 应用编程之输出
上一小节已经向大家介绍了如何通过 sysfs 方式控制开发板上的 GPIO 引脚本小节我们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、低不同的电平状态其示例代码如下所示
// 示例代码 16.2.1 控制 GPIO 输出高低电平
#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 gpioperror(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);
}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。 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。 测试编译的到的可执行文件拷贝到开发板 Linux 系统用户家目录下执行该应用程序控制开发板上的 GPIO1_IO01 引脚输出高或低电平
./gpio_out 1 1 #控制 GPIO1_IO01 输出高电平
./gpio_out 1 0 #控制 GPIO1_IO01 输出低电平执行相应的命令后可以使用万用表或者连接一个 LED 小灯进行检验以验证实验结果
三、GPIO 应用编程之输入
编写一个读取 GPIO 电平状态的测试程序
// 示例代码 16.3.1 读取 GPIO 电平状态
#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 gpioperror(write error);close(fd);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);
}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。最后打开 value 属性文件读取 GPIO 的电平状态并将其打印出来。
测试编译的到的可执行文件拷贝到开发板 Linux 系统用户家目录下执行该应用程序以读取 GPIO1_IO01 引脚此时的电平状态是高电平还是低电平 首先通过杜邦线将 GPIO1_IO01 引脚连接到板子上的 3.3V 电源引脚上接着执行命令读取 GPIO 电平状态 打印出的 value 等于 1表示读取到 GPIO 的电平确实是高电平接着将 GPIO1_IO01 引脚连接到板子上的 GND 引脚上执行命令 打印出的 value 等于 0表示读取到 GPIO 的电平确实是低电平测试结果与实际相符合
四、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本小节我们来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。其示例代码如下所示
// 示例代码 16.4.1 监测 GPIO 中断触发
#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 gpioperror(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 pollif (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);
}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。 打开 value 属性文件获取到文件描述符接着使用 poll()函数对 value 的文件描述符进行监视这里为什么要使用 poll()监视、而不是直接对文件描述符进行读取操作这里简单的描述一下。poll()函数可以监视一个或多个文件描述符上的 I/O 状态变化譬如 POLLIN、POLLOUT、POLLERR、POLLPRI 等其中 POLLIN 和 POLLOUT 表示普通优先级数据可读、可写而 POLLPRI 表示有高优先级数据可读取中断就是一种高优先级事件当中断触发时表示有高优先级数据可被读取。
测试编译的到的可执行文件拷贝到开发板 Linux 系统用户家目录下执行该应用程序可 以监测 GPIO 的中断触发。执行应用程序监测 GPIO1_IO01 引脚的中断触发情况如下所示 当执行命令之后我们可以使用杜邦线将 GPIO1_IO01 引脚连接到 GND 或 3.3V 电源引脚上来回切换使得 GPIO1_IO01 引脚的电平状态发生由高到低或由低到高的状态变化以验证 GPIO 中断的边沿触发情况当发生中断时终端将会打印相应的信息如上图所示。
