LV15-02-GPIO控制-02-应用开发实例

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本文主要是GPIO控制——应用开发实例的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

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PC端开发环境 Windows Windows11
Ubuntu Ubuntu20.04.6的64位版本（一开始使用的是16.04版本，后来进行了升级）
VMware® Workstation 17 Pro 17.0.0 build-20800274
终端软件 MobaXterm(Professional Edition v23.0 Build 5042 (license))
Win32DiskImager Win32DiskImager v1.0
Linux开发板环境 Linux开发板 正点原子 i.MX6ULL Linux 阿尔法开发板
uboot NXP官方提供的uboot，NXP提供的版本为uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga(使用的uboot版本为U-Boot 2016.03)
linux内核 linux-4.15(NXP官方提供)
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分类 网址 说明
官方网站 https://www.arm.com/ ARM官方网站，在这里我们可以找到Cotex-Mx以及ARMVx的一些文档
https://www.nxp.com.cn/ NXP官方网站
https://www.nxpic.org.cn/NXP 官方社区
https://u-boot.readthedocs.io/en/latest/u-boot官网
https://www.kernel.org/linux内核官网
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分类 网址 说明
NXP https://github.com/nxp-imx NXP imx开发资源GitHub组织，里边会有u-boot和linux内核的仓库
https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source 在线阅读linux kernel源码
nxp-imx/linux-imx/releases/tag/rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga NXP linux内核仓库tags中的rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
nxp-imx/uboot-imx/releases/tag/rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga NXP u-boot仓库tags中的rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
I.MX6ULL i.MX 6ULL Applications Processors for Industrial Products I.MX6ULL 芯片手册（datasheet，可以在线查看）
i.MX 6ULL Applications ProcessorReference Manual I.MX6ULL 参考手册（下载后才能查看，需要登录NXP官网）

这一部分的示例可以看这里：LV16_GPIO_CTRL · 苏木/imx6ull-app-demo - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

一、GPIO——输出

1. 代码编写

控制开发板上的某一个 GPIO 输出高、低不同的电平状态 的代码如下：

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/** =====================================================
 * Copyright © hk. 2022-2025. All rights reserved.
 * File name  : gpio_out.c
 * Author     : 苏木
 * Date       : 2024-09-04
 * Version    :
 * Description:
 * ======================================================
 */

#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_out_path[100];

static int gpio_out_config(const char *attr, const char *val)
{
    int len = 0;
    int fd = -1;
    char file_path[100] = {0};

    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_out_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_out_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);

    if (access(gpio_out_path, F_OK))
    {
        // 如果目录不存在 则需要导出
        int fd = -1;
        int len = 0;

        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_out_config("direction", "out"))
    {
        exit(-1);
    }
    /* 极性设置 */
    if (gpio_out_config("active_low", "0"))
    {
        exit(-1);
    }

    /* 控制GPIO输出高低电平 */
    if (gpio_out_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。

2. 开发板测试

在测试之前，选择一个测试引脚，这里以板子上的 GPIO1_IO01 引脚为例，该引脚在底板上已经引出，如下所示：

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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： 

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./app_demo 1 1 #控制 GPIO1_IO01 输出高电平
./app_demo 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！

二、GPIO——输入

1. 代码编写

某引脚配置为输入，读取电平状态的代码如下：

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/** =====================================================
 * Copyright © hk. 2022-2025. All rights reserved.
 * File name  : gpio_in.c
 * Author     : 苏木
 * Date       : 2024-09-04
 * Version    :
 * Description:
 * ======================================================
 */
#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_in_path[100];

static int gpio_in_config(const char *attr, const char *val)
{
    int len = 0;
    int fd = -1;
    char file_path[100] = {0};

    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_in_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 val = 0;
    int fd = -1;
    char file_path[100] = {0};

    /* 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_in_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);

    if (access(gpio_in_path, F_OK))
    { 
        // 如果目录不存在 则需要导出
        int len = 0;
        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_in_config("direction", "in"))
    {
        exit(-1);
    }

    /* 极性设置 */
    if (gpio_in_config("active_low", "0"))
    {
        exit(-1);
    }

    /* 配置为非中断方式 */
    if (gpio_in_config("edge", "none"))
    {
        exit(-1);
    }

    /* 读取GPIO电平状态 */
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_in_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。

2. 开发板测试

在测试之前，选择一个测试引脚，这里以板子上的 GPIO1_IO01 引脚为例，该引脚在底板上已经引出，如下所示：

image-20240905073307815

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。命令如下：

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./app_demo 1

应该会看到打印出的 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： 

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./app_demo 1

应该会看到打印出的 value 等于 0，表示读取到 GPIO 的电平确实是低电平。

三、GPIO——中断

1. 代码编写

在应用层可以将 GPIO 配置为中断触发模式，例如将 GPIO 配置为上升沿触发、下降沿触发或者边沿触发 。将 GPIO 配置为边沿触发模式并监测中断触发状态的示例代码如下：

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/** =====================================================
 * Copyright © hk. 2022-2025. All rights reserved.
 * File name  : gpio_out.c
 * Author     : 苏木
 * Date       : 2024-09-04
 * Version    :
 * Description:
 * ======================================================
 */

#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_intr_path[100];

static int gpio_intr_config(const char *attr, const char *val)
{
    int len = 0;
    int fd = -1;
    char file_path[100] = {0};

    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_intr_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[])
{
    int ret = 0;
    char val = 0;
    struct pollfd pfd = {0};
    char file_path[100] = {0};

    /* 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_intr_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);

    if (access(gpio_intr_path, F_OK))
    {
         // 如果目录不存在 则需要导出
        int len = 0;
        int fd = -1;

        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_intr_config("direction", "in"))
    {
        exit(-1);
    }

    /* 极性设置 */
    if (gpio_intr_config("active_low", "0"))
    {
        exit(-1);
    }

    /* 配置中断触发方式: 上升沿和下降沿 */
    if (gpio_intr_config("edge", "both"))
    {
        exit(-1);
    }

    /* 打开value属性文件 */
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_intr_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);
}

2. 开发板测试

在测试之前，选择一个测试引脚，这里以板子上的 GPIO1_IO02 （图中红框下面的引脚）引脚为例，该引脚在底板上已经引出，如下所示：

image-20240905073307815

执行应用程序监测 GPIO1_IO02 引脚的中断触发情况，如下所示 ：

1
./app_demo 2 # 监测 GPIO1_IO02 引脚中断触发

当执行命令之后，我们可以使用杜邦线将 GPIO1_IO02 引脚连接到 GND 或 3.3V 电源引脚上，来回切换，使得 GPIO1_IO02 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。

image-20240905074717197