从单片机开发转向Linux开发系列博客六：操作GPIO，控制LED
1.引言
学习单片机的第一个例子通常都是点亮LED灯，对于Linux应用，我们也从LED入手，我就记得自己刚开始学的时候查了好多资料才勉强能控制一个灯亮，当时就感受到了Linux和单片机裸机有很大的差异。这里做个总结，希望对大家有所帮助。
2.环境介绍
2.1.硬件
网上的一个第三方做的NUC972开发板：
有兴趣购买的朋友，大家去他们的淘宝店购买即可：
https://s.click.taobao.com/t?e=m%3D2%26s%3DVqeqPgNPc7IcQipKwQzePOeEDrYVVa64LKpWJ%2Bin0XJRAdhuF14FMYcqQp9jM3JMRitN3%2FurF3weYrs2z1V%2BWARwPYjsuD9IQ67nx0X4I%2FwbK4NckI8ZycEnxKDasWxncCadkoABCrnmL8IX2r%2Bngfx81NZbGhxUxiXvDf8DaRs%3D
要控制的是板子底板上的D2 和D3 两个LED指示灯
对应NUC972的PB4和PB5引脚。
2.2.软件
1）需要在上一篇《Linux学习系列五：Nand Flash根文件系统制作》的基础上改动下Linux内核配置，生成新的970uimage并烧写到板子里。
2）uboot、rootfs使用板子里默认的，板子厂家发货时里面已经烧录过了。
3）板子厂家使用的交叉工具链arm_linux_4.8.tar.gz，在百度网盘里，见5结束语部分。
3.内核配置
1)为了让NUC972芯片支持GPIO控制，需要在内核中使能”/sys/class/gpio…”，如下所示
Device Drivers --->
-*- GPIO Support --->
[*] /sys/class/gpio/... (sysfs interface)unzip
保存生成新的.config 文件。
2）make uImage，生成970uimage文件，将其单独下载到板子里即可，其他Uboot、Rootfs等就不需要再下载了。
4.GPIO操作
4.1.使用命令行操作GPIO
GPIO驱动程序将NUC970芯片的IO口，从GPIOA~GPIOJ每组IO都保留32个号码，所以GPIOA编号0x000~0x01F，GPIOB编号0x020~0x03F，GPIOC编号0x040~0x05F, GPIOD编号0x060~0x07F, GPIOE编号0x080~0x09F，GPIOF编号0x0A0~0x0BF，GPIOG编号0x0C0~0x0DF， GPIOH编号0x0E0~0x0FF, GPIOI编号0x100~0x11F，GPIOJ编号0x120~0x13F。
用户可以通过文件系统/sys/class/gpio/…路径下的文件节点来操作对应的IO口
/sys/class/gpio/export :来告诉系统需要控制哪个GPIO
/sys/class/gpio/unexport:可以取消相应的GPIO控制
/sys/class/gpio/gpio0/direction:控制GPIO in 或 out
/sys/class/gpio/gpio0/value: 控制GPIO输出1 或 0，也可查看输入状态下当前GPIO的输入值。
LED D2对应GPIO PB4，编号0x24，对应十进制36，要控制它的话可在命令行中依次输入下面指令：
echo 36 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio36/direction
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio36/value
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio36/value
4.2.使用shell脚本操作GPIO
一句句的敲打上述代码显然是比较麻烦的，方便的办法是写到一个shell脚本里，这样的话只要执行shell脚本就可以控制LED了。实际产品中这个也是比较有用的，比如可以在系统启动后，实现LED D2亮灭各1s循环，这样LED 就可以作为系统状态指示灯，我们可以通过判断LED D2是否正常闪烁来判断系统是否在正常工作。实现方法如下：
1）在板子的/opt目录（默认没有此目录，自己新建下即可）下，新建一个gpio.sh脚本，里面内容如下：
#!/bin/sh
echo 36 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio36/direction
while true
do
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio36/value
sleep 1
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio36/value
done其中第一行#!/bin/sh是指此脚本使用/bin/sh来解释执行。
其中，#!是一个特殊的表示符，其后，跟着解释此脚本的shell路径。
sh只是shell的一种，还有很多其它shell，如：bash,csh,zsh,tcsh,...
这里用到一个while 循环语句，大家注意下格式即可。
2）利用这个脚本，实现开机自启动，方法是vi /etc/init.d/rcS
在里面添加一句话
./opt/gpio.sh &
因为在Linux系统起来后会执行/etc/init.d/rcS 这个文件，所以我们在这里添加上面那句话就可以实现开机后自动控制LED了。
大家可以执行reboot指令或者断电再重新上电看一下效果。shell脚本因为不需要编译即可执行，所以使用非常方便，大家平时可以多用用。
4.3.C语言代码里操作GPIO
实际项目中，你可能得在C代码里去控制GPIO，这里实现的功能是让LED D3循环闪烁，具体步骤如下：
1）编写gpio_demo.c ，代码如下：
/***********************************************
* @{
* @file : gpio_demo.c
* @brief :
* @author: Wenxue Wang
* @email : [email protected]
* @wechat : wangwenxue1989
* @date : 2019-05-25
***********************************************/
//--------------------------------------------------
// Copyright (c) Topsemic
//--------------------------------------------------
#include
// Operation of LED D2
#define EXPORT_GPIO "echo 37 > /sys/class/gpio/export"
#define GPIO_OUTPUT "echo out > /sys/class/gpio/gpio37/direction"
#define TURNON_LED "echo 0 > /sys/class/gpio/gpio37/value"
#define TURNOFF_LED "echo 1 > /sys/class/gpio/gpio37/value"
void InitLED()
{
system(EXPORT_GPIO);
system(GPIO_OUTPUT);
}
void TurnOnLED()
{
system(TURNON_LED);
}
void TurnOffLED()
{
system(TURNOFF_LED);
}
int main(void)
{
InitLED();
while(1)
{
TurnOnLED();
sleep(1);
TurnOffLED();
sleep(1);
}
return 0;
}
上述代码里说明两处：
- system()函数，它是调用“/bin/sh -c command”执行特定的命令，阻塞当前进程直到command命令执行完毕
- sleep()函数，单位是s，还有个usleep()函数，它的单位us。在这里用来做延时。当执行这个函数后，程序就不往下走了，当指定时间结束后，继续执行下面的语句。
2）先使用我们之前的交叉工具链去编译上述代码
arm-none-linux-gnueabi-gcc gpio_demo.c -o gpio_demo
将生成的gpio_demo放到板子里去运行，提示如下错误
原因是因为板子里文件系统和我们用的交叉工具链不匹配。
解决方法是用和板子里默认文件系统对应的交叉工具链（在百度网盘）来编译，具体操作就不详细介绍了。
3）使用和板子里自带文件系统匹配的交叉工具链来重新编译
arm-linux-gcc gpio_demo.c -o gpio_demo
这时它会报一个错误：
解决方法是需要安装 32 位兼容包
sudo apt-get install lib32stdc++6 libc6:i386
之后就可以编译成功了。
再次将gpio_demo放到板子上，运行，就不再报错了，可以看到LED D3灯在不断的闪烁。
5.结束语
本篇为大家介绍了Linux下GPIO的使用，同时也穿插着介绍shell脚本的些许知识。
大家有任何想法，欢迎给我留言反馈（微信：wangwenxue1989），发邮件也可以，邮箱：[email protected] ，微信公众号如下，欢迎关注：
本期相关的资料在百度网盘，链接: https://pan.baidu.com/s/1pN5Jc8L2FbrD8YgX6yHWhQ 提取码：lke3；（06 Lesson6 操作GPIO）
里面包含了如下内容：
本系列完整博文见：
1.Linux学习系列一：开发环境搭建
2.Linux 学习系列二： 运行 Hello World
3.Linux学习系列三：uboot编译下载
4.Linux学习系列四：Kernel编译下载
5.Linux学习系列五：Nand Flash根文件系统制作