D1-H哪吒开发板GPIO使用

基 于 开 发 板 的 Tina_Linux 操 作 系 统 , 可 以 通 过 sysfs 方 式 控 制 GPIO
(/sys/class/gpio)。基本原理如下。

查看系统中有没有/sys/class/gpio这个文件夹,如果没有就在编译内核的时候勾选 Device Drivers-> GPIO Support ->/sys/class/gpio/... (sysfsinterface)。

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 方向,而 value 可控制 GPIO 输出或获得 GPIO 输入。文件 IO 方式操作 GPIO,使用到了 4 个函数 open、close、read、write。

1. gpio_operation 通过/sys/文件接口操作 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
     操作。
   • /sys/class/gpio/gpioX/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
   • /sys/class/gpio/gpioX/value 文件是端口的数值,为 1 或 0
2. 在Tina-Linux系统中操作
   • 导出： echo 65 > export
   • 取消导出：echo 65 > unexport
   • 设置方向：echo out > direction
   • 查看方向：cat direction
   • 设置输出：/echo 1 > value
   • 查看输出值：cat value

使用时需要计算 GPIO 的编号,比如需要采用 PC1,那么 C 组是第三组那
么可以利用公式
$$num = (n-1) * 32 + m$$
其中 num 是 GPIO 的编号,n 是第几组 gpio,m 是当前的 gpio 的序号。经过计算 PC1 的 GPIO 编号为 65。

所以当执行echo 65 > /sys/class/gpio/export会在/sys/class/gpio/文件夹中生成 gpio65 这个目录,里面有些文件可以设置 GPIO 的值。

3. 在 C 程序中使用
   1. 在/sys/class/gpio/生成 gpio 相关的文件夹，使用gpio_export()
   2. 设置 gpio 输入输出方向，使用gpio_set_dir()
   3. 读写 gpio 的值，使用gpio_set_value()或gpio_get_value()

      #define SYSFS_GPIO_DIR "/sys/class/gpio"
      #define MAX_BUF 64
      // 导出
      int gpio_export(unsigned int gpio)
      {
          int fd, len;
          char buf[MAX_BUF];
      
          fd = open(SYSFS_GPIO_DIR "/export", O_WRONLY);
          if (fd < 0)
          {
              perror("gpio/export");
              return fd;
          }
      
          len = snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", gpio);
          write(fd, buf, len);
          close(fd);
      
          return 0;
      }
      // 取消导出
      int gpio_unexport(unsigned int gpio)
      {
          int fd, len;
          char buf[MAX_BUF];
      
          fd = open(SYSFS_GPIO_DIR "/unexport", O_WRONLY);
          if (fd < 0)
          {
              perror("gpio/export");
              return fd;
          }
      
          len = snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", gpio);
          write(fd, buf, len);
          close(fd);
          return 0;
      }
      // 设置方向
      int gpio_set_dir(unsigned int gpio, unsigned int out_flag)
      {
          int fd, len;
          char buf[MAX_BUF];
      
          len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%d/direction", gpio);
      
          fd = open(buf, O_WRONLY);
          if (fd < 0)
          {
              perror("gpio/direction");
              return fd;
          }
          if (out_flag)
              write(fd, "out", 3);
          else
              write(fd, "in", 2);
          close(fd);
          return 0;
      }
      // 设置输出值
      int gpio_set_value(unsigned int gpio, unsigned int value)
      {
          int fd, len;
          char buf[MAX_BUF];
      
          len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%d/value", gpio);
      
          fd = open(buf, O_WRONLY);
          if (fd < 0)
          {
              perror("gpio/set-value");
              return fd;
          }
      
          if (value)
              write(fd, "1", 1);
          else
              write(fd, "0", 1);
      
          close(fd);
          return 0;
      }
      // 读取输入值
      int gpio_get_value(unsigned int gpio, unsigned int *value)
      {
          int fd, len;
          char buf[MAX_BUF];
          char ch;
      
          len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%d/value", gpio);
      
          fd = open(buf, O_RDONLY);
          if (fd < 0)
          {
              perror("gpio/get-value");
              printf("%s\n", buf);
              return fd;
          }
          read(fd, &ch, 1);
          if (ch != '0')
              *value = 1;
          else
              *value = 0;
          close(fd);
          return 0;
      }