LV15-02-GPIO控制-01-基础知识

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本文主要是GPIO控制——基础知识的相关笔记，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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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：

image-20240903075707130

可以看到该目录下包含两个文件 export、 unexport 以及 5 个 gpiochipX（X 等于 0、 32、 64、 96、 128）命名的文件夹。 接下来我们就来学习一下这些的用途。

1. 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：

image-20240903075851275

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。

image-20240904073824362
  • label

该组 GPIO 对应的标签，也就是名字。

image-20240904073934293
  • 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 ~ base+ngpio-1） 。

image-20240904074057803

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，例如给定一个 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。

2. 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，如：

1
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）
image-20240904074600278

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（gpioX， X 表示对应的编号），如下图所示。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，稍后再学习。

image-20240904074750867

控制 GPIO 引脚主要是通过 export 导出之后所生成的 gpioX（X 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。

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：

image-20240904075130193

这也就是意味着该引脚已经被内核使用了，例如某个驱动使用了该引脚，那么将无法导出成功。

3. 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，例如：

1
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：

image-20240904074926762

4. 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 gpioX（X 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：

image-20240904075323361

我们主要关心的文件是 active_low、 direction、 edge 以及 value 这四个属性文件，接下来分别学习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：

image-20240904075525666
  • 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。例如：

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# 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" > value
image-20240904075727400
  • active_low

这个属性文件用于控制极性， 可读可写，默认情况下为 0，如：

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# 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：

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echo "none" > edge      # 非中断引脚
echo "rising" > edge    # 上升沿触发
echo "falling" > edge   # 下降沿触发
echo "both" > edge      # 边沿触发

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，在后面的示例中将进行学习。