Linux内核gpio

本文基于 RockPI 4A 单板 Linux 4.4 内核介绍 RK3399 Linux GPIO 功能。

GPIO(General Purpose Input/Output Port) ：通用输入输出端口。

除作为一般的输入/输出功能外，还可以配置为中断和模拟 PWM、I2C 等接口功能。

RK3399 GPIO 属性如下：

1、一共有5组 GPIO(GPIO0~4) ，每组 GPIO 为一个 Bank ，共32个引脚。每个 Bank 包括4个 Group (GPIOA(0~7) ~ D(0~7)) 。不是所有 Bank 都有 GPIOA~D 的编号， RK3399 共122个 GPIO 引脚。

2、所有 GPIO 都可被配置为 CA55或CA53 的中断功能，且 GPIO0 和 GPIO1 可用于系统低功耗唤醒模式。

3、在上电复位后，所有 GPIO 默认输入状态。

4、软件可配置 GPIO 驱动强度。

RK3399 引脚在系统中显示如下：

RK3399 GPIO 引脚号计算方式：

例：

以 ROCKPI 4A 单板 WIFI 模块电源（ GPIO0_B2 ）为例，介绍 DTS 中 GPIO 配置。

在系统启动后，可以查看 GPIO ，命令如下：

注：

如果debugfs没有挂载，使用下面命令挂载

Linux 内核 GPIO 主要实现文件：

GPIO 子系统有两套 API ：

1、基于描述符（descriptor-based）

前缀为： gpiod_ 。

参考： Documentation/gpio/consumer.txt

2、老版本接口（legacy）

前缀为： gpio_ 。

参考： Documentation/gpio/gpio-legacy.txt

3、常用API

GPIO 还有很多接口，就不一一列举了。

RK3399 GPIO 控制器驱动实现文件： drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c ，涉及主要函数：

所有 GPIO 子系统的 API 最终都会调到 SOC 的 GPIO 控制器驱动函数。

ROCKPi 4A 单板有个40个引脚的扩展口，引用 radxa 图片，见下图。

1、进入测试目录

2、导出GPIO

在使用 GPIO2_A7 前，需要导出该引脚。方法：配置 export 后，会出现 gpio71 节点。

测试时，注意不要使用在程序中已经申请过或配置为其它功能的 GPIO 引脚。

3、配置GPIO方向

设置 GPIO2_A7 的输入/输出方向。

in ：表示输入。

out ：表示输出。

active_low ：用于中断配置中高电平或低电平有效。

edge ：用于中断配置中上升沿或下降沿有效。

4、配置GPIO输出值

在 GPIO 为输入时，通过 value 查询 GPIO 的输入电平（高或低电平）。

在 GPIO 为输出时，通过 value 配置 GPIO 的输出电平（高或低电平）。

5、查看GPIO

查看已经导出的 GPIO71 。

6、取消导出

使用完 GPIO2_A7 后，需要进行释放。方法：配置 unexport 后， gpio71 节点会消失。

方法/步骤

1

安装SD Linux系统

如图所示，先后将Arduino Software 1.5.3 （Arduino IDE）和SD-Card Linux Image下载到本机，Arduino IDE在后面查找GPIO与Arduino IO 之间的映射关系时需要用到。

如图所示，将SDCard1.0.4.tar.bz2解压后出现一个“image-full-galileo”的文件夹。

在MicroSD使用前需先将其以Fat32进行格式化，然后将“image-full-galileo”文件夹下地所有文件直接拷贝到microSD卡的根目录下。

进入Galileo

将MicroSD插到Galileo中，在路由器页面的已连接设备列表中会看到设备名称为“clanton”有线连接设备，找到其IP地址，然后中

Terminal（Unix和Linux，Windows可用Putty）中通过ssh进入Galileo，“ssh

root@192.168.199.121”。

有意思的是，这个在MicroSD中运行的Linux系统开启了ssh服务，并且root账号没有设置密码，可以直接进入。如上图所示，d出一对话框后输入 “yes”回车即可进入Galileo，出现下图中的 “root@clanton”说明这一步成功完成了

到这里，可能会有疑问了，Galileo板载也是有一个 *** 作系统的，microSD卡中也有一个Linux，如何保证现在进入的就是microSD卡中的系

统呢？在Terminal中输入“cat/proc/version”即可查看Linux系统版本，显示为“3.8.7-yocto-standard”，这就是前面下载的为Galileo定制的Linux *** 作系统，Yocto。

找到那个属于你的GPIO

下面就要开始这篇文章中的核心部分，也是最难的一部。找Linux GPIO 与 Arduino IO之间的映射关系！

如右图所示，在“/sys/class/gpio/”中有多大60多个GPIO，如何找出右侧GPIO与左侧Arduino IDE中对应的IO呢。

首先将0-13IO口全部设为“INPUT”输入模式

voidsetup(){//putyoursetupcodehere,torunonce:

pinMode(0,INPUT)pinMode(1,INPUT)pinMode(2,INPUT)pinMode(3,INPUT)

pinMode(4,INPUT)pinMode(5,INPUT)pinMode(6,INPUT)pinMode(7,INPUT)

pinMode(8,INPUT)pinMode(9,INPUT)pinMode(10,INPUT)

pinMode(11,INPUT)pinMode(12,INPUT)pinMode(13,INPUT)} voidloop(){

//putyourmaincodehere,torunrepeatedly: }

如图所示，左侧"pinMode(13,OUTPUT)"将13引脚变为输出模式，右侧gpio7变成out模式，因此gpio7对应的就是Arduino IO 13（pin13）

按照这种方法依次找出Arduino IO与GPIO之间如下的对应关系

GPIODigitalI/Ogpio11pin0

gpio12pin1 gpio13pin2 gpio14pin3 gpio6pin4 gpio0pin5 gpio1pin6

gpio38pin7 gpio40pin8 gpio4pin9 gpio10pin10 gpio5pin11 gpio15pin12

gpio7pin13

下面就需要来对上面找到的gpio对应关系进行验证了。“echo "out"

>/sys/class/gpio/gpio*/direction”为将gpio变为输出模式，“echo "1"

>/sys/class/gpio/gpio*/value”为将gpio输出高电平。然后就有了下面这段python程序，这段程序依次将

pin13,pin12,pin11,pin10四个引脚的LED点亮然后关闭，但由于python程序的执行效率问题，应该所有LED同时点亮有了延时

成为流水灯，如下图所示效果。这段程序在Linux系统的任意文件夹内均可。

importos,timewhileTrue:os.system('echo"out">/sys/class/gpio/gpio7/direction')

os.system('echo"1">/sys/class/gpio/gpio7/value')

os.system('echo"out">/sys/class/gpio/gpio15/direction')

os.system('echo"1">/sys/class/gpio/gpio15/value')

os.system('echo"out">/sys/class/gpio/gpio5/direction')

os.system('echo"1">/sys/class/gpio/gpio5/value')

os.system('echo"out">/sys/class/gpio/gpio10/direction')

os.system('echo"1">/sys/class/gpio/gpio10/value') time.sleep(0.2)

os.system('echo"0">/sys/class/gpio/gpio5/value')

os.system('echo"0">/sys/class/gpio/gpio15/value')

os.system('echo"0">/sys/class/gpio/gpio7/value')

os.system('echo"0">/sys/class/gpio/gpio10/value') time.sleep(0.2)

通过sysfs方式控制GPIO，先访问/sys/class/gpio目录，向export文件写入GPIO编号，使得该GPIO的 *** 作接口从内核空间暴露到用户空间，GPIO的 *** 作接口包括direction和value等，direction控制GPIO方向，而value可控制GPIO输出或获得GPIO输入。文件IO方式 *** 作GPIO，使用到了4个函数open、close、read、write。

首先，看看系统中有没有“/sys/class/gpio”这个文件夹。如果没有请在编译内核的时候加入 Device Drivers->GPIO Support ->/sys/class/gpio/… (sysfs interface)。

/sys/class/gpio 的使用说明：

gpio_operation 通过/sys/文件接口 *** 作IO端口 GPIO到文件系统的映射

◇ 控制GPIO的目录位于/sys/class/gpio

◇ /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/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base，寄存器名称，引脚总数 导出一个引脚的 *** 作步骤

◇ 首先计算此引脚编号，引脚编号 = 控制引脚的寄存器基数 + 控制引脚寄存器位数

◇ 向/sys/class/gpio/export写入此编号，比如12号引脚，在shell中可以通过以下命令实现，命令成功后生成/sys/class/gpio/gpio12目录，如果没有出现相应的目录，说明此引脚不可导出

◇ direction文件，定义输入输入方向，可以通过下面命令定义为输出。direction接受的参数：in, out, high, low。high/low同时设置方向为输出，并将value设置为相应的1/0

◇ value文件是端口的数值，为1或0

几个例子：

1. 导出

/sys/class/gpio# echo 44 >export

2. 设置方向

/sys/class/gpio/gpio44# echo out >direction

3. 查看方向

/sys/class/gpio/gpio44# cat direction

4. 设置输出

/sys/class/gpio/gpio44# echo 1 >value

5. 查看输出值

/sys/class/gpio/gpio44# cat value

6. 取消导出

/sys/class/gpio# echo 44 >unexport

文件读写例程：

#include stdlib.h

#include stdio.h

#include string.h

#include unistd.h

#include fcntl.h //define O_WRONLY and O_RDONLY

//芯片复位引脚: P1_16

#define SYSFS_GPIO_EXPORT "/sys/class/gpio/export"

#define SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL "48"

#define SYSFS_GPIO_RST_DIR "/sys/class/gpio/gpio48/direction"

#define SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL "OUT"

#define SYSFS_GPIO_RST_VAL "/sys/class/gpio/gpio48/value"

#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_H"1"

#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_L"0"

int main()

{

int fd

//打开端口/sys/class/gpio# echo 48 >export

fd = open(SYSFS_GPIO_EXPORT, O_WRONLY)

if(fd == -1)

{

printf("ERR: Radio hard reset pin open error.\n")

return EXIT_FAILURE

}

write(fd, SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL ,sizeof(SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL))

close(fd)

//设置端口方向/sys/class/gpio/gpio48# echo out >direction

fd = open(SYSFS_GPIO_RST_DIR, O_WRONLY)

if(fd == -1)

{

printf("ERR: Radio hard reset pin direction open error.\n")

return EXIT_FAILURE

}

write(fd, SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL))

close(fd)

//输出复位信号: 拉高>100ns

fd = open(SYSFS_GPIO_RST_VAL, O_RDWR)

if(fd == -1)

{

printf("ERR: Radio hard reset pin value open error.\n")

return EXIT_FAILURE

}

while(1)

{

write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_H, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_H))

usleep(1000000)

write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_L, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_L))

usleep(1000000)

}

close(fd)

printf("INFO: Radio hard reset pin value open error.\n")

return 0

}

另外参考网上一个网友的程序，这里做了验证，并实现中断检测函数。如下：

#include stdlib.h

#include stdio.h

#include string.h

#include unistd.h

#include fcntl.h

#include poll.h

#define MSG(args...) printf(args)

//函数声明

static int gpio_export(int pin)

static int gpio_unexport(int pin)

static int gpio_direction(int pin, int dir)

static int gpio_write(int pin, int value)

static int gpio_read(int pin)

static int gpio_export(int pin)

{

char buffer[64]

int len

int fd

fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY)

if (fd <0) {

MSG("Failed to open export for writing!\n")

return(-1)

}

len = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d", pin)

if (write(fd, buffer, len) <0) {

MSG("Failed to export gpio!")

return -1

}

close(fd)

return 0

}

static int gpio_unexport(int pin)

{

char buffer[64]

int len

int fd

fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY)

if (fd <0) {

MSG("Failed to open unexport for writing!\n")

return -1

}

len = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%d", pin)

if (write(fd, buffer, len) <0) {

MSG("Failed to unexport gpio!")

return -1

}

close(fd)

return 0

}

//dir: 0-->IN, 1-->OUT

static int gpio_direction(int pin, int dir)

{

static const char dir_str[] = "in\0out"

char path[64]

int fd

snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", pin)

fd = open(path, O_WRONLY)

if (fd <0) {

MSG("Failed to open gpio direction for writing!\n")

return -1

}

if (write(fd, &dir_str[dir == 0 ? 0 : 3], dir == 0 ? 2 : 3) <0) {

MSG("Failed to set direction!\n")

return -1

}

close(fd)

return 0

}

//value: 0-->LOW, 1-->HIGH

static int gpio_write(int pin, int value)

{

static const char values_str[] = "01"

char path[64]

int fd

snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin)

fd = open(path, O_WRONLY)

if (fd <0) {

MSG("Failed to open gpio value for writing!\n")

return -1

}

if (write(fd, &values_str[value == 0 ? 0 : 1], 1) <0) {

MSG("Failed to write value!\n")

return -1

}

close(fd)

return 0

}

static int gpio_read(int pin)

{

char path[64]

char value_str[3]

int fd

snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin)

fd = open(path, O_RDONLY)

if (fd <0) {

MSG("Failed to open gpio value for reading!\n")

return -1

}

if (read(fd, value_str, 3) <0) {

MSG("Failed to read value!\n")

return -1

}

close(fd)

return (atoi(value_str))

}

// none表示引脚为输入，不是中断引脚

// rising表示引脚为中断输入，上升沿触发

// falling表示引脚为中断输入，下降沿触发

// both表示引脚为中断输入，边沿触发

// 0-->none, 1-->rising, 2-->falling, 3-->both

static int gpio_edge(int pin, int edge)

{

const char dir_str[] = "none\0rising\0falling\0both"

char ptr

char path[64]

int fd

switch(edge){

case 0:

ptr = 0

break

case 1:

ptr = 5

break

case 2:

ptr = 12

break

case 3:

ptr = 20

break

default:

ptr = 0

}

snprintf(path, sizeof(path), "/sys/class/gpio/gpio%d/edge", pin)

fd = open(path, O_WRONLY)

if (fd <0) {

MSG("Failed to open gpio edge for writing!\n")

return -1

}

if (write(fd, &dir_str[ptr], strlen(&dir_str[ptr])) <0) {

MSG("Failed to set edge!\n")

return -1

}

close(fd)

return 0

}

//GPIO1_17

int main()

{

int gpio_fd, ret

struct pollfd fds[1]

char buff[10]

unsigned char cnt = 0

//LED引脚初始化

gpio_export(115)

gpio_direction(115, 1)

gpio_write(115, 0)

//按键引脚初始化

gpio_export(49)

gpio_direction(49, 0)

gpio_edge(49,1)

gpio_fd = open("/sys/class/gpio/gpio49/value",O_RDONLY)

if(gpio_fd <0){

MSG("Failed to open value!\n")

return -1

}

fds[0].fd = gpio_fd

fds[0].events = POLLPRI

ret = read(gpio_fd,buff,10)

if( ret == -1 )

MSG("read\n")

while(1){

ret = poll(fds,1,0)

if( ret == -1 )

MSG("poll\n")

if( fds[0].revents &POLLPRI){

ret = lseek(gpio_fd,0,SEEK_SET)

if( ret == -1 )

MSG("lseek\n")

ret = read(gpio_fd,buff,10)

if( ret == -1 )

MSG("read\n")

gpio_write(115, cnt++%2)

}

usleep(100000)

}

return 0

}

---