Linux之GPIO应用

目录

一、sysfs 文件系统

二、LED标准接口

三、GPIO标准接口

1.gpiochipX

2.export

①direction

​②value

③active_low

④edge

 3.unexport

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在 Linux 系统下，一切皆文件。应用层操控底层硬件可以通过文件 I/O 的方式来实现，应用层通过对设备文件的 I/O 操作来操控硬件设备，设备文件其实是与硬件设备相互对应的。设备文件通常在/dev/目录下，/dev 目录下的文件称为设备节点。这也是驱动开发中常用的测试驱动程序方法。

还有另外一种方式可以通过 sysfs 文件系统对硬件设备进行操控。
 

一、sysfs 文件系统

sysfs 是一个基于内存的文件系统， 同  proc 文件系统一样，称为虚拟文件系统。它的作用是将内核信息以文件的方式提供给应用层使用。sysfs 文件系统的主要功能便是对系统设备进行管理，它可以产生一个包含所有系统硬件层次的视图。

sysfs 文件系统把连接在系统上的设备和总线组织成为一个分级的文件、 展示设备驱动模型中各组件的层次关系。 sysfs 提供了一种机制，可以显式的描述内核对象、对象属性及对象间关系， 用来导出内核对象(kernel object，硬件设备)的数据、属性到用户空间，以文件目录结构的形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持。

内核对象、对象属性及对象间关系在用户空间 sysfs 中的的表现：

内核中的组成要素	sysfs中的表现
内核对象(硬件设备)	目录
对象属性(设备属性)	文件
对象关系	链接文件

sysfs 文件系统挂载在/sys 目录下 

sysfs 文件系统中的目录包括 block、 bus、 class、 dev、 devices、 firmware、 fs、 kernel、
modules、 power 等，每个目录下又有许多文件或子目录。

目录说明：

/sys子目录	说明
block	块设备存放目录(过时)，系统的所有设备存放在devices下，block下的文件通常链接到devices下的文件
bus	系统中的所有设备按照总线类型分类放置的目录结构，同样也链接到devices下
class	系统中的所有设备按照其功能分类放置的目录结构
dev	按照设备号的方式放置的目录结构
devices	系统中所有设备存放的目录， 系统中的所有设备在 sysfs 中的表现，也是 sysfs 管理设备的最重要的目录结构。
firmware	描述了内核中的固件
fs	用于描述系统中所有文件系统，包括文件系统本身和按文件系统分类存放的已挂载点
kernel	内核中所有可调参数的位置
mudule	系统中所有模块的信息
power	系统中电源选项，有一些属性可以用于控制整个系统的电源状态

系统中所有的设备（对象）都会在/sys/devices 体现出来，是 sysfs 文件系统中最重要的目录结构；而/sys/bus、 /sys/class、 /sys/dev 分别将设备按照挂载的总线类型、功能分类以及设备号的形式将设备组织存放在这些目录中，这些目录下的文件都是链接到了/sys/devices 中。

设备的一些属性、数据通常会通过设备目录下的文件体现出来。设备的数据、属性会导出到用户空间，以文件形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持。

将这些文件称为属性文件，读属性文件就表示读取设备的属性信息，写属性文件表示对设备的属性进行设置、以控制设备的状态。

小结：

应用层对底层硬件进行操控：

①/dev/目录下的设备文件（设备节点）

②/sys/目录下设备的属性文件

具体使用哪种方式需要根据不同功能类型设备进行选择，有的设备只能通过设备节点进行操控，而有的设备只能通过 sysfs 方式进行操控；这跟设备驱动具体的实现方式有关。

通常情况下，一般简单地设备会使用 sysfs 方式操控，其设备驱动在实现时会将设备的一些属性导出到用户空间 sysfs 文件系统，以属性文件的形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持，如 LED、 GPIO 。

二、LED标准接口

Linux 内核中为了尽量降低驱动开发者难度以及接口标准化，就出现了设备驱动框架的概念；Linux 针对各种常见的设备进行分类，如 LED 类设备、输入类设备、 FrameBuffer 类设备、 video 类设备，并为每一种类型的设备设计了一套成熟的、标准的、典型的驱动实现的框架， 这个就叫做设备驱动框架。 设备驱动框架为驱动开发和应用层提供了一套统一的接口规范。

对LED 类设备来说， 内核提供了 LED 设备驱动框架，驱动工程师编写 LED 驱动时，使用 LED 驱动框架来开发自己的 LED 驱动程序，能够对上层应用层提供统一、标准化的接口、 同时又降低了驱动开发工程师的难度。

通常情况下，杂项设备驱动程序向应用层提供的接口通常都不是标准化接口、它是一种非标准接口，具体如何去操控这个设备通常只有驱动工程师。

进入/sys/class/leds目录下，存放了所有的 LED 类设备。led文件夹下有brightness、max_brightness 以及 trigger 三个文件，这三个文件都是 LED 设备的属性文件。

①brightness(亮度)：此属性文件是用于设置 LED的亮度等级或者获取当前 LED 的亮度等级，brightness 等于 0 表示 LED 灭， brightness 为正整数表示 LED 亮，其值越大、 LED 越亮

②max_brightness：用于获取 LED 设备的最大亮度等级
 

③trigger：触发模式，读表示获取 LED 当前的触发模式，写表示设置 LED 的触发模式。 不同的触发模式其触发条件不同， LED会根据不同的触发条件自动控制其亮、灭状态，通过 cat 命令查看该属性文件，可获取 LED 支持的所有触发模式以及 LED 当前被设置的触发模式

所以操作LED，只需要在应用空间中对以上属性文件进行读写操作即可。

三、GPIO标准接口

进入到/sys/class/gpio 目录

 该目录下包含两个文件 export、 unexport 以及 2 个 gpiochipX（X 等于 1020，902）命名的文件夹。

1.gpiochipX

当前 SoC 所包含的 GPIO 控制器,每一个 gpiochipX 文件夹用来管理一组 GPIO。
进入到其中某个目录下：

 主要关注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

 label： 该组 GPIO 对应的标签或者名字

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） 

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。

echo  1021  <  export   # 导出编号为1021的GPIO引脚

注意 < : 输出重定向 ，覆盖的方式写入；<< :输出重定向追加的方式写入。

导出成功之后会发现在/sys/class/gpio 目录下生成了一个名为 gpio1021 的文件夹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。
 进入gpio1021文件夹

 主要使用active_low、 direction、 edge 以及 value 这四个属性文件。

①direction

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）。

echo  out    <  direction     #将该gpio设置为输出模型

 ②value

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。

# 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 

③active_low

用于控制极性， 可读可写，默认情况下为 0。

# 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

④edge

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。

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

 3.unexport

将导出的 GPIO 引脚删除。当使用完 GPIO 引脚之后，需要将导出的引脚删除。

echo 1021 > unexport    # 删除导出的编号为 1021 的 GPIO 引脚

 删除成功之后，之前生成的 gpio1021 文件夹就会消失。

注意：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， 就无法成功导出

 

 所以一般对GPIO的操作分为三步：

①导出IO：/sys/class/gpio/export

echo    1021  >  export

②配置IO：/sys/class/gpio/direction

echo     out    >   direction     # 输出

echo     in    >   direction       # 输入

③控制IO：/sys/class/gpio/value

echo     1   > value        #输出高电平

echo     0   > value        #输出低电平