嵌入式硬件篇---龙芯GPIO控制

前言

本文简单介绍了龙芯2k1000中的GPIO控制。

1. 头文件引入

#include <stdio.h>    // 标准输入输出函数（如snprintf）
#include <stdlib.h>   // 系统调用函数（如system）
#include <time.h>     // 时间相关函数
#include <unistd.h>   // POSIX操作系统API（如文件操作）
#include <fcntl.h>    // 文件控制选项（如open的flags）
#include <sys/mman.h> // 内存映射相关函数
#include "GPIO.h"     // 自定义GPIO相关声明（可能包含常量或宏）

作用

作用：引入必要的库和头文件，支持文件操作、字符串格式化等功能。

2. 导出GPIO引脚 export_gpio

void export_gpio(int gpio) {
    char command[100];
    snprintf(command, sizeof(command), "echo %d > /sys/class/gpio/export", gpio);
    system(command);
}

功能

功能：通过写入/sys/class/gpio/export文件导出GPIO引脚。

示例

示例：echo 1 > /sys/class/gpio/export 导出GPIO1。

注意

若GPIO已导出，此操作会失败。
需添加错误检查（如检查文件是否存在）。

3. 设置GPIO方向 set_gpio_direction

void set_gpio_direction(int gpio, const char* direction) {
    char command[100];
    snprintf(command, sizeof(command), "echo \"%s\" > /sys/class/gpio/gpio%d/direction", direction, gpio);
    system(command);
}

功能

功能：设置GPIO为输入（“in”）或输出（“out”）。

示例

示例：echo “out” > /sys/class/gpio/gpio1/direction 设置GPIO1为输出。

4. 设置GPIO值 set_gpio_value

void set_gpio_value(int gpio, int value) {
    char command[100];
    snprintf(command, sizeof(command), "echo \"%d\" > /sys/class/gpio/gpio%d/value", value, gpio);
    system(command);
}

功能

功能：设置输出引脚的电平（0为低，1为高）。

示例

示例：echo 1 > /sys/class/gpio/gpio1/value 设置GPIO1为高电平。

5. 初始化函数 gpio_init

void gpio_init(int gpio, const char* direction, int value) {
    export_gpio(gpio);
    set_gpio_direction(gpio, direction);
    set_gpio_value(gpio, value);
}

功能

功能：整合导出、方向设置和初始值设置的流程。

6.龙芯2K1000适配说明

6.1 GPIO编号映射

龙芯2K1000的GPIO可能按组（Bank）编号，需查阅手册确认物理引脚与逻辑编号的对应关系。

示例：GPIO1可能对应硬件引脚PZ.1，需参考《龙芯2K1000硬件手册》。

6.2 性能优化建议

直接文件操作代替system：
void export_gpio(int gpio) {
    int fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
    if (fd < 0) { /* 错误处理 */ }
    char buf[10];
    snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", gpio);
    write(fd, buf, strlen(buf));
    close(fd);
}

优点

优点：避免启动Shell进程，提升效率。

错误处理

错误处理：检查文件操作返回值，处理GPIO未导出或权限问题。

6.3 权限问题

操作/sys/class/gpio需要root权限。

解决方案

使用sudo运行程序。
配置udev规则，允许普通用户访问GPIO设备。

6.4内存映射（高级优化）

对于高频操作（如PWM），可通过内存映射直接操作GPIO寄存器：

volatile uint32_t *gpio_base;
int fd = open("/dev/mem", O_RDWR);
gpio_base = mmap(NULL, PAGE_SIZE, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, GPIO_BASE_ADDR);
// 直接读写寄存器：gpio_base[REG_OFFSET] |= (1 << PIN);
需查阅龙芯2K1000的GPIO寄存器基地址和偏移量。

6.5示例扩展：按键与LED控制

int main() {
    // 初始化GPIO1（LED）为输出，初始关闭
    gpio_init(1, "out", 0);
    // 初始化GPIO2（按键）为输入
    gpio_init(2, "in", 0);

    while(1) {
        // 读取按键状态（需实现read_gpio_value）
        int key = read_gpio_value(2);
        // 控制LED
        set_gpio_value(1, key);
        usleep(10000); // 10ms防抖
    }
    return 0;
}

7.总结

适用场景

适用场景：简单GPIO控制（如LED、继电器）。

优势

优势：代码简洁，依赖少，易于移植。

局限性

局限性：system调用效率低，缺少错误处理。

改进方向

改进方向：直接文件操作、内存映射寄存器、完善错误处理。