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【正点原子I.MX6U-MINI应用篇】4、嵌入式Linux关于GPIO的一些操作
一、应用层如何操作GPIO
先看看板子的文件系统目录。与LED设备一样，GPIO同样也是通过sysfs方式进行操控，进入到
/sys/class/gpio目录下，如下所示：
可以看到该目录下包含两个文件
export、unexport以及 5 个gpiochipX（X 等于 0、32、64、96、128）命名的文件夹。- gpiochipX： 当前 SoC 所包含的 GPIO 控制器，我们知道I.MX6UL/I.MX6ULL一共包含了 5 个GPIO控制器，分别为 GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4、GPIO5，在这里分别对应 gpiochip0、gpiochip32、gpiochip64、gpiochip96、gpiochip128 这 5 个文件夹，每一个gpiochipX文件夹用来管理一组GPIO。随便进入到其中某个目录下，可以看到这些目录下包含了如下文件：
在这个目录我们主要关注的是 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，也就是名字。
- 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)。
对于给定的一个GPIO引脚，如何计算它在sysfs中对应的编号呢？其实非常简单，譬如给定一个 GPIO引脚为GPIO4_IO16，那它对应的编号是多少呢？首先我们要确定GPIO4对应于gpiochip96，该组GPIO引脚的最小编号是 96(对应于 GPIO4_IO0)，所以 GPIO4_IO16 对应的编号自然是96 + 16 = 112；同理GPIO3_IO20对应的编号是64 + 20 = 84。
- 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，譬如：
echo 0 > export #导出编号为0的GPIO引脚（对于I.MX6UL/I.MX6ULL来说，也就是GPIO1_IO0）- 1
导出成功之后会发现在
/sys/class/gpio目录下生成了一个名为gpio0的文件夹(gpioX，X 表示对应的编号)，如图所示。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。
- unexport ：将导出的 GPIO 引脚删除。当使用完 GPIO 引脚之后，我们需要将导出的引脚删除，同样该文件也是只写文件、不可读，譬如：
echo 0 > unexport #删除导出的编号为0的GPIO引脚- 1
删除成功之后，之前生成的 gpio0 文件夹就会消失！
以上就给大家介绍了
/sys/class/gpio目录下的所有文件和文件夹，控制GPIO引脚主要是通过export导出之后所生成的gpioX（X 表示对应的编号）文件夹，在该文件夹目录下存在一些属性文件可用于控制GPIO引脚的输入、输出以及输出的电平状态等。Tips：需要注意的是，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，那便无法成功导出，打印如下信息：那也就是意味着该引脚已经被内核使用了，譬如某个驱动使用了该引脚，那么将无法导出成功！
- gpioX将指定的编号写入到
export文件中，可以导出指定编号的GPIO引脚，导出成功之后会在/sys/class/gpio目录下生成对应的gpioX（X表示GPIO的编号）文件夹，以前面所生成的gpio0为例，进入到gpio0目录，该目录下的文件如下所示：
我们主要关心的文件是
active_low、direction、edge以及value这四个属性文件，接下来分别介绍这四个属性文件的作用：- direction ：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），如下所示：
- value ：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。
譬如：
# 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- 1
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- active_low ：这个属性文件用于控制极性，可读可写，默认情况下为 0，譬如：
# 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- 1
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由此看出，active_low 的作用已经非常明显了，对于输入模式来说也同样适用。
- edge ：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- 1
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当引脚被配置为中断后可以使用
poll()函数监听引脚的电平状态变化，在后面的示例中将向大家介绍。二、GPIO应用编程之输出
1.1 程序源码
#include#include #include #include #include #include #include static char gpio_path[100]; static int gpio_config(const char *attr, const char *val) { char file_path[100]; int len; int fd; sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, attr); if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) { perror("open error"); return fd; } len = strlen(val); if (len != write(fd, val, len)) { perror("write error"); close(fd); return -1; } close(fd); //关闭文件 return 0; } int main(int argc, char *argv[]) { /* 校验传参 */ if (3 != argc) { fprintf(stderr, "usage: %s \n" - 1
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执行程序时需要传入两个参数，argv[1]指定GPIO的编号、argv[2]指定输出电平状态(0 表示低电平、1 表示高电平)。
上述代码中首先使用access()函数判断指定编号的GPIO引脚是否已经导出，也就是判断相应的gpioX目录是否存在，如果不存在则表示未导出，则通过
/sys/class/gpio/export文件将其导出；导出之后先配置了GPIO引脚为输出模式，也就是向direction文件中写入out；接着再配置极性，通过向active_low文件中写入0(不用配置也可以)；最后再控制GPIO引脚输出相应的电平状态，通过对value属性文件写入1或0来使其输出高电平或低电平。2.2 编译程序
我们要想给ARM板编译出程序，需要使用交叉编译工具链，交叉编译的工具链我们已经安装过了，详细请看
【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.x.pdf 的第4.3小节。我是用的是arm-linux-gnueabihf交叉编译工具链。使用arm-linux-gnueabihf-gcc -v可以查看交叉编译工具链的版本号。
然后就可以使用下面命令编译出可以在ARM板子上运行的可执行文件了。
arm-linux-gnueabihf-gcc -o gpio_out gpio_out .c- 1
- 1、arm表示这是编译arm架构代码的编译器。
- 2、linux表示运行在linux环境下。
- 3、gnueabihf表示嵌入式二进制接口。
- 4、gcc表示是gcc工具。
这样编译出来的 led程序才可以在ARM板子上运行。执行
file gpio_out命令就可以看出hello是32位LSB的ELF格式文件，目标机架构为ARM，说明这个交叉编译正常，可执行文件可以在ARM板上执行。
2.3 上传程序到开发板执行
开发板启动后通过nfs挂载Ubuntu目录的方式，将相应的文件拷贝到开发板上。简单来说，就是通过NFS在开发板上通过网络直接访问ubuntu虚拟机上的文件，并且就相当于自己本地的文件一样。
开发板想访问
/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source这个目录中的文件，就要把/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source挂载到开发板的mnt目录，这样就可以通过nfs来访问/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source了。因为我的代码都放在
/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source这个目录下，所以我们将这个目录作为NFS共享文件夹。设置方法参考移植SQLite3、OpenCV到RV1126开发板上开发人脸识别项目第一章。
Ubuntu IP为192.168.10.100，然后一般都是挂载在开发板的mnt目录下，这个目录是专门用来给我们作为临时挂载的目录。
然后使用MobaXterm软件通过SSH访问开发板。
ubuntu ip:192.168.10.100 windows ip:192.168.10.200 开发板ip:192.168.10.50- 1
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在开发板上执行以下命令：
mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.10.100:/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source /mnt- 1
就将开饭的
mnt目录挂载在ubuntu的/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source目录下了。这样我们就可以在Ubuntu下修改文件，然后可以直接在开发板上执行可执行文件了。当然我这里的/home/zhiguoxin/myproject/和windows之间是一个共享目录，我也可以直接在windows上面修改文件，然后ubuntu和开发板直接进行文件同步了。
这里以板子上的 GPIO1_IO01 引脚为例，该引脚在底板上已经引出
然后编译，可以编译成功。
./gpio_out 1 1 #控制GPIO1_IO01输出高电平 ./gpio_out 1 0 #控制GPIO1_IO01输出高电平- 1
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执行相应的命令后，可以使用万用表或者连接一个LED小灯进行检验，以验证实验结果！
三、GPIO应用编程之输入
3.1 程序源码
#include#include #include #include #include #include #include static char gpio_path[100]; static int gpio_config(const char *attr, const char *val) { char file_path[100]; int len; int fd; sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, attr); if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) { perror("open error"); return fd; } len = strlen(val); if (len != write(fd, val, len)) { perror("write error"); close(fd); return -1; } close(fd); //关闭文件 return 0; } int main(int argc, char *argv[]) { char file_path[100]; char val; int fd; /* 校验传参 */ if (2 != argc) { fprintf(stderr, "usage: %s \n" , argv[0]); exit(-1); } /* 判断指定编号的GPIO是否导出 */ sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]); if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出 int len; if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) { perror("open error"); exit(-1); } len = strlen(argv[1]); if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出gpio perror("write error"); close(fd); exit(-1); } close(fd); //关闭文件 } /* 配置为输入模式 */ if (gpio_config("direction", "in")) exit(-1); /* 极性设置 */ if (gpio_config("active_low", "0")) exit(-1); /* 配置为非中断方式 */ if (gpio_config("edge", "none")) exit(-1); /* 读取GPIO电平状态 */ sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value"); if (0 > (fd = open(file_path, O_RDONLY))) { perror("open error"); exit(-1); } if (0 > read(fd, &val, 1)) { perror("read error"); close(fd); exit(-1); } printf("value: %c\n", val); /* 退出程序 */ close(fd); exit(0); }- 1
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执行程序时需要传入一个参数，argv[1]指定要读取电平状态的GPIO对应的编号。上述代码中首先使用access()函数判断指定编号的GPIO引脚是否已经导出，若未导出，则通过
/sys/class/gpio/export文件将其导出；导出之后先配置了GPIO引脚为输入模式，也就是向direction文件中写入in；接着再配置极性、设置 GPIO 引脚为非中断模式(向 edge 属性文件中写入none)。最后打开value属性文件，读取GPIO的电平状态并将其打印出来。3.2 编译程序
我们要想给ARM板编译出程序，需要使用交叉编译工具链，交叉编译的工具链我们已经安装过了，详细请看
【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.x.pdf 的第4.3小节。我是用的是arm-linux-gnueabihf交叉编译工具链。使用arm-linux-gnueabihf-gcc -v可以查看交叉编译工具链的版本号。然后就可以使用下面命令编译出可以在ARM板子上运行的可执行文件了。
arm-linux-gnueabihf-gcc -o gpio_in gpio_in .c- 1
- 1、arm表示这是编译arm架构代码的编译器。
- 2、linux表示运行在linux环境下。
- 3、gnueabihf表示嵌入式二进制接口。
- 4、gcc表示是gcc工具。
这样编译出来的 led程序才可以在ARM板子上运行。执行
file gpio_in命令就可以看出hello是32位LSB的ELF格式文件，目标机架构为ARM，说明这个交叉编译正常，可执行文件可以在ARM板上执行。
2.3 上传程序到开发板执行
开发板启动后通过nfs挂载Ubuntu目录的方式，将相应的文件拷贝到开发板上。简单来说，就是通过NFS在开发板上通过网络直接访问ubuntu虚拟机上的文件，并且就相当于自己本地的文件一样。
开发板想访问
/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source这个目录中的文件，就要把/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source挂载到开发板的mnt目录，这样就可以通过nfs来访问/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source了。因为我的代码都放在
/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source这个目录下，所以我们将这个目录作为NFS共享文件夹。设置方法参考移植SQLite3、OpenCV到RV1126开发板上开发人脸识别项目第一章。Ubuntu IP为192.168.10.100，然后一般都是挂载在开发板的mnt目录下，这个目录是专门用来给我们作为临时挂载的目录。
然后使用MobaXterm软件通过SSH访问开发板。
ubuntu ip:192.168.10.100 windows ip:192.168.10.200 开发板ip:192.168.10.50- 1
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在开发板上执行以下命令：
mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.10.100:/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source /mnt- 1
就将开饭的
mnt目录挂载在ubuntu的/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source目录下了。这样我们就可以在Ubuntu下修改文件，然后可以直接在开发板上执行可执行文件了。当然我这里的/home/zhiguoxin/myproject/和windows之间是一个共享目录，我也可以直接在windows上面修改文件，然后ubuntu和开发板直接进行文件同步了。这里以板子上的GPIO1_IO01引脚为例，该引脚在底板上已经引出：
首先通过杜邦线将GPIO1_IO01引脚连接到板子上的3.3V电源引脚上，接着执行命令读取GPIO电平状态：
./gpio_in 1- 1
打印出的value等于1，表示读取到GPIO的电平确实是高电平；接着将GPIO1_IO01引脚连接到板子上的GND引脚上，执行命令：
./gpio_in 1- 1
打印出的value等于0，表示读取到GPIO的电平确实是低电平；测试结果与实际相符合！
四、GPIO应用编程之中断
4.1 程序源码
#include#include #include #include #include #include #include #include static char gpio_path[100]; static int gpio_config(const char *attr, const char *val) { char file_path[100]; int len; int fd; sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, attr); if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) { perror("open error"); return fd; } len = strlen(val); if (len != write(fd, val, len)) { perror("write error"); return -1; } close(fd); //关闭文件 return 0; } int main(int argc, char *argv[]) { struct pollfd pfd; char file_path[100]; int ret; char val; /* 校验传参 */ if (2 != argc) { fprintf(stderr, "usage: %s \n" , argv[0]); exit(-1); } /* 判断指定编号的GPIO是否导出 */ sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]); if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出 int len; int fd; if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) { perror("open error"); exit(-1); } len = strlen(argv[1]); if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出gpio perror("write error"); exit(-1); } close(fd); //关闭文件 } /* 配置为输入模式 */ if (gpio_config("direction", "in")) exit(-1); /* 极性设置 */ if (gpio_config("active_low", "0")) exit(-1); /* 配置中断触发方式: 上升沿和下降沿 */ if (gpio_config("edge", "both")) exit(-1); /* 打开value属性文件 */ sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value"); if (0 > (pfd.fd = open(file_path, O_RDONLY))) { perror("open error"); exit(-1); } /* 调用poll */ pfd.events = POLLPRI; //只关心高优先级数据可读（中断） read(pfd.fd, &val, 1);//先读取一次清除状态 for ( ; ; ) { ret = poll(&pfd, 1, -1); //调用poll if (0 > ret) { perror("poll error"); exit(-1); } else if (0 == ret) { fprintf(stderr, "poll timeout.\n"); continue; } /* 校验高优先级数据是否可读 */ if(pfd.revents & POLLPRI) { if (0 > lseek(pfd.fd, 0, SEEK_SET)) {//将读位置移动到头部 perror("lseek error"); exit(-1); } if (0 > read(pfd.fd, &val, 1)) { perror("read error"); exit(-1); } printf("GPIO中断触发- 1
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执行程序时需要传入一个参数，argv[1]指定要读取电平状态的GPIO对应的编号。
上述代码中首先使用access()函数判断指定编号的GPIO引脚是否已经导出，若未导出，则通过
/sys/class/gpio/export文件将其导出。对GPIO进行配置：配置为输入模式、配置极性、将触发方式配置为边沿触发。打开value属性文件，获取到文件描述符，接着使用poll()函数对value 的文件描述符进行监视，这里为什么要使用poll()监视、而不是直接对文件描述符进行读取操作？这里简单的描述一下。poll()函数可以监视一个或多个文件描述符上的I/O状态变化，譬如 POLLIN、POLLOUT、POLLERR、POLLPRI 等，其中POLLIN和 POLLOUT表示普通优先级数据可读、可写，而POLLPRI表示有高优先级数据可读取，中断就是一种高优先级事件，当中断触发时表示有高优先级数据可被读取。4.2 编译程序
我们要想给ARM板编译出程序，需要使用交叉编译工具链，交叉编译的工具链我们已经安装过了，详细请看
【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.x.pdf 的第4.3小节。我是用的是arm-linux-gnueabihf交叉编译工具链。使用arm-linux-gnueabihf-gcc -v可以查看交叉编译工具链的版本号。然后就可以使用下面命令编译出可以在ARM板子上运行的可执行文件了。
arm-linux-gnueabihf-gcc -o gpio_intr gpio_intr.c- 1
- 1、arm表示这是编译arm架构代码的编译器。
- 2、linux表示运行在linux环境下。
- 3、gnueabihf表示嵌入式二进制接口。
- 4、gcc表示是gcc工具。
这样编译出来的 led程序才可以在ARM板子上运行。执行
file gpio_intr命令就可以看出hello是32位LSB的ELF格式文件，目标机架构为ARM，说明这个交叉编译正常，可执行文件可以在ARM板上执行。
4.3 上传程序到开发板执行
开发板启动后通过nfs挂载Ubuntu目录的方式，将相应的文件拷贝到开发板上。简单来说，就是通过NFS在开发板上通过网络直接访问ubuntu虚拟机上的文件，并且就相当于自己本地的文件一样。
开发板想访问
/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source这个目录中的文件，就要把/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source挂载到开发板的mnt目录，这样就可以通过nfs来访问/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source了。因为我的代码都放在
/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source这个目录下，所以我们将这个目录作为NFS共享文件夹。设置方法参考移植SQLite3、OpenCV到RV1126开发板上开发人脸识别项目第一章。Ubuntu IP为192.168.10.100，然后一般都是挂载在开发板的mnt目录下，这个目录是专门用来给我们作为临时挂载的目录。
然后使用MobaXterm软件通过SSH访问开发板。
ubuntu ip:192.168.10.100 windows ip:192.168.10.200 开发板ip:192.168.10.50- 1
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在开发板上执行以下命令：
mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.10.100:/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source /mnt- 1
就将开饭的
mnt目录挂载在ubuntu的/home/zhiguoxin/myproject/alientek_app_development_source目录下了。这样我们就可以在Ubuntu下修改文件，然后可以直接在开发板上执行可执行文件了。当然我这里的/home/zhiguoxin/myproject/和windows之间是一个共享目录，我也可以直接在windows上面修改文件，然后ubuntu和开发板直接进行文件同步了。执行应用程序监测 GPIO1_IO01 引脚的中断触发情况，如下所示：
./gpio_intr 1 # 监测GPIO1_IO01引脚中断触发- 1
当执行命令之后，我们可以使用杜邦线将 GPIO1_IO01 引脚连接到 GND 或 3.3V电源引脚上，来回切换，使得GPIO1_IO01引脚的电平状态发生由高到低或由低到高的状态变化，以验证 GPIO 中断的边沿触发情况；当发生中断时，终端将会打印相应的信息，如图所示。测试完成后按Ctrl+C退出程序！
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/qq_39400113/article/details/127446205
