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Linux下控制GPIO的三种方法

article 2024/11/15 4:06:22

https://blog.csdn.net/qq_41076734/article/details/124669908

1. 应用空间控制gpio

1.1简介

在/sys/class/gpio/下有个export文件，向export文件写入要操作的GPIO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输入或者输出模式，而value可控制GPIO的状态或者读取状态。

/sys/class/gpio/目录下各个文件说明：
/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/gpioX/direction文件，可以写入in（设置输入方向）或out（设置输出方向）；
/sys/class/gpio/gpioX/value文件是可以读写GPIO状态；
/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，寄存器名称，引脚总数；其中X表示具体的引脚编号。

如果你在sys/class/gpio/下面没有看到gpioX，可能是这个 GPIO 管脚还没有被导出（export）供用户态使用，如下图：
在这里插入图片描述
你可以试试以下步骤：

执行 echo <GPIO_Number> > /sys/class/gpio/export 导出 GPIO 管脚，将 GPIO_Number 替换为你想操作的 GPIO 编号。
检查 /sys/class/gpio/gpio<GPIO_Number> （将 GPIO_Number 替换为你想操作的 GPIO 编号）目录下是否有 direction 和 value 文件。

在这里插入图片描述
需要导出的GPIO编号（GPIO Number）往往取决于具体的硬件设计和应用需求。每个GPIO口在硬件设计图（如原理图）中通常都有对应的编号，这个就是GPIO的物理编号。而在编程中使用的GPIO编号则取决于操作系统和驱动如何映射这些物理GPIO口。在许多情况下，硬件设计师或者系统集成者会提供一个文档，列出了各个GPIO口的物理编号和它们的功能（比如连接到哪个设备、控制什么信号等）。在这个文档的帮助下，你可以确定你在应用程序中需要使用哪个GPIO口，然后查找相应的GPIO编号。

在某些情况下，你可能需要查看内核源代码或者硬件抽象层（HAL）的源代码来找出物理GPIO口和GPIO编号之间的映射关系。

在这里插入图片描述

1.2操作gpio

比如我要操作GPIO8_A6作为高电平输出有效, 那么有以下三个操作：

1. 2.1 换算对应的gpio number

可以通过/sys/kernel/debug/gpio查询信息：

root@rk3288:/sys/kernel/debug # cat gpio                                       
//snip
GPIOs 184-215, platform/ff770000.pinctrl, gpio6:
 gpio-193 (?                   ) in  hi
 gpio-194 (?                   ) in  hi
 
GPIOs 216-247, platform/ff770000.pinctrl, gpio7:
 gpio-218 (enable              ) out hi
 gpio-219 (lcd_en              ) in  hi
 gpio-220 (lcd_cs              ) in  hi
 gpio-221 (gslX680 wake pin    ) out hi
 gpio-222 (gslX680 irq pin     ) out lo
 gpio-223 (headset_gpio        ) in  hi
 gpio-233 (?                   ) in  hi
 gpio-234 (?                   ) in  hi
 GPIOs 248-279, platform/ff770000.pinctrl, gpio8:
 
 GPIOs 280-311, platform/ff770000.pinctrl, gpio15:

可以看到gpio8是以nubmer为248开始, 那么GPIO8_A6就是 248 +　6 = 254，接下来就可以导出gpio了。

root@rk3288:/sys/class/gpio # echo 254 > export                          
root@rk3288:/sys/class/gpio # ls
export
gpio254

1.2.2 设置成输出

root@rk3288:/sys/class/gpio/gpio254 # echo out > direction                     
root@rk3288:/sys/class/gpio/gpio254 # cat direction                            
out

1.2.3 输出高电平

root@rk3288:/sys/class/gpio/gpio254 # echo 1 > value                           
root@rk3288:/sys/class/gpio/gpio254 # cat value

1.3 总结

这种方式一般不采用，为了gpio使用的安全性，一般是不将gpio的使用权暴露给应用层的，即sys/class/下没有gpio节点。

2. 内核空间控制gpio

在内核空间控制gpio有两种方法，第一种是通过调用gpiolib的接口来控制gpio；第二种是通过ioremap来控制gpio。

2.1 gpiolib控制gpio

2.1.1 gpiolib简介

Linux Kernel 中对 GPIO 资源进行了抽象，抽象出一个叫做 Gpiolib 的东西。

在这里插入图片描述
2.1.2 Gpiolib 为其他驱动提供的 APIs

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);
/*向内核申请 gpio，要使用 GPIO 首先应该向内核进行申请，返回 0，代表申请成功，
 *可以进行后续操作*/
 
void gpio_free(unsigned gpio);
/*对应 gpio_request，是使用完gpio以后把gpio释放掉*/
 
int gpio_direction_input(unsigned gpio);
/*设置 GPIO 为输入*/
 
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);
/*设置 GPIO 为输出*/
 
int gpio_get_value(unsigned gpio);
/*读取 GPIO 的值*/
 
int gpio_set_value(unsigned gpio);
/*设置 GPIO 的值*/

2.1.3 操作gpio

功能和1.2一样。

#define GPIO8_A6 254
ret = gpio_request(GPIO8_A6 , "gpio8_a6");
if (!ret) {
	printk("request for gpio8_a6 failed:%d\n", ret);
    	return 0;
}
gpio_direction_output(GPIO8_A6 ,1);//设置GPIO8_A6为输出功能且输出高电平

2.2 ioremap控制gpio

这种方法会降低程序的可读性，不建议使用。

linux内核空间访问的地址为虚拟地址（3~4GB）,故在内核空间操作某个寄存器时，需先通过ioremap函数将物理地址映射成虚拟地址。

用ioremap() 获取寄存器的地址：

unsigned int __iomem  *base_addr1;  //__iomem可选择，告诉你为虚拟地址
#define  GPIO8_REGBASE  (0x20A0000)
#define  GPIO8_A6 (*(volatile unsigned int *)(base_addr1 + 6)) //指针unsigned int为4字节,指针加1，字节加4
base_addr1 = ioremap(GPIO8_REGBASE, 0x14)

通过 readl() 或者 writel() 函数直接操作映射后的地址：

GPIO8_A6 |= (1<<8);
 
int temp;
temp = readl(GPIO8_A6);
temp |= (1<<8);
writel(temp, GPIO8_A6);

使用完后，取消映射：

iounmap(base_addr1);

3. 查看GPIO全部信息

cat /sys/kernel/debug/pinctrl/pinctrl/pinmux-pins
 
Pinmux settings per pin
Format: pin (name): mux_owner gpio_owner hog?
pin 0 (gpio0-0): wireless-wlan (GPIO UNCLAIMED) function wireless-wlan group wifi-wake-host
pin 1 (gpio0-1): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 2 (gpio0-2): (MUX UNCLAIMED) gpio0:2
pin 3 (gpio0-3): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 4 (gpio0-4): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 5 (gpio0-5): (MUX UNCLAIMED) gpio0:5
pin 6 (gpio0-6): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 7 (gpio0-7): (MUX UNCLAIMED) gpio0:7
pin 8 (gpio0-8): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 9 (gpio0-9): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 10 (gpio0-10): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 11 (gpio0-11): ff050000.i2c (GPIO UNCLAIMED) function i2c1 group i2c1-xfer
pin 12 (gpio0-12): ff050000.i2c (GPIO UNCLAIMED) function i2c1 group i2c1-xfer
pin 13 (gpio0-13): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)