如何在Linux系统中直接操作GPIO

Posted 2023-04-23

在一个老手的指导下，应用层可以直接操作GPIO，具体指设置GPIO的输入输出以及输出电平高或者低。这个大大地提高了灵活性，官方的文档有GPIO Sysfs Interface for Userspace，GPIO Sysfs。
这里我记录一下使用过例子：
# RK30_PIN0_PD4
# A0-7 -> 0-7 / B0-7 -> 8-15 / C0-7 -> 16-23 / D0-7 -> 24-31
echo 28 > /sys/class/gpio/export
echo "out" > /sys/class/gpio/gpio28/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio28/value
以上代码作用是：将RK30_PIN0_PD4设置为输出，将输出电平设置为高电平。 参考技术A 要使用gpio，首先要使用这个函数来分配一个gpio

[cpp] view plain copy
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)

指定输入还是输入模式
[cpp] view plain copy
int gpio_direction_input(unsigned gpio);
这个函数能设置gpio的输出模式为输入
[cpp] view plain copy
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
这个函数能设置gpio的控制寄存器为输出模式，并且输出value(0-低电平 1-高电平)

学习嵌入式linux开发板之iTOP-4412 开发板如何操作GPIO

本文转自迅为论坛：http://www.topeetboard.com

 

 

平台：迅为嵌入式linux开发板

 

Exynos4412 所有的 GPIO 都有固定的地址，为了方便操作这些 GPIO，Linux 内核

在 gpio-exynos4.h 里面定义了一些 GPIO 的宏，例如：

#define EXYNOS4_GPA0(_nr)  (EXYNOS4_GPIO_A0_START + (_nr)) 

#define EXYNOS4_GPA1(_nr)  (EXYNOS4_GPIO_A1_START + (_nr)) 

#define EXYNOS4_GPB(_nr)  (EXYNOS4_GPIO_B_START + (_nr)) 

..................................... 

#define EXYNOS4_GPY5(_nr)  (EXYNOS4_GPIO_Y5_START + (_nr)) 

#define EXYNOS4_GPY6(_nr)  (EXYNOS4_GPIO_Y6_START + (_nr)) 

#define EXYNOS4_GPZ(_nr)  (EXYNOS4_GPIO_Z_START + (_nr)) 

 

这些宏就是把每个 GPIO 的地址做了一下封装，它的好处就是方便我们使用并且

根据宏的名字就能直观的知道是在操作哪个 GPIO。

 

Linux 内核中关于 GPIO 的驱动在 driver/gpio/gpio-exynos4.c 文件里面， 在这

个文件中 GPIO 驱动初始化入口函数是 exynos4_gpiolib_init， 因为这个文件同

时也支持 4210 的 GPIO，所以开始先初始化了一些通用的 GPIO （4412 和 4210 都

有的 GPIO） ，代码如下：

chip = exynos4_gpio_common_4bit; 

nr_chips = ARRAY_SIZE(exynos4_gpio_common_4bit); 

for (i = 0; i < nr_chips; i++, chip++) { 

if (chip->config == NULL) 

chip->config = &gpio_cfg; 

if (chip->base == NULL) 

pr_err("No allocation of base address for [common gpio]"); 

} 

samsung_gpiolib_add_4bit_chips(exynos4_gpio_common_4bit, 

nr_chips); 

变量 exynos4_gpio_common_4bit 是一个数组， 定义了一些通用的 GPIO， nr_chips

是记录的 exynos4_gpio_common_4bit 数组里面素个数。

首先使用 for 循环遍历 exynos4_gpio_common_4bit 所有的元素，为每个元素的

config 结构赋值：

if (chip->config == NULL) 

chip->config = &gpio_cfg; 

gpio_cfg 是类型为 s3c_gpio_cfg 的结构体，这个结构体的定义如下：

struct s3c_gpio_cfg { 

unsigned int  cfg_eint; 

s3c_gpio_pull_t  (*get_pull)(struct s3c_gpio_chip *chip, unsigned 

offs); 

int    (*set_pull)(struct s3c_gpio_chip *chip, unsigned offs, 

 

s3c_gpio_pull_t pull); 

unsigned (*get_config)(struct s3c_gpio_chip *chip, unsigned offs); 

int  (*set_config)(struct s3c_gpio_chip *chip, unsigned offs, 

unsigned config); 

}; 

 

通过上面的代码我们可以看到这个结构体里主要是一些函数指针，get_pull 是

获取 GPIO 的上拉状态，set_pull 是设置 GPIO 上拉或下拉的，set_config 是设

置 GPIO 的工作模式，例如：输出/输入/其他功能。下面我们来看看 gpio_cfg

变量的定义，如下：

 

static struct s3c_gpio_cfg gpio_cfg = { 

.set_config  = s3c_gpio_setcfg_s3c64xx_4bit, 

.set_pull  = s3c_gpio_setpull_exynos4, 

.get_pull  = s3c_gpio_getpull_exynos4, 

}; 

通过上面的代码，可以看到分别对 gpio_cfg 结构的三个函数指针赋值，这三个

函数 的 定义 是在 gpio-config.c 里面 实现 的 ， 这个 文 件 在 内核 源 码

arch/arm/plat-samsung 目录下，这三个函数的作用就是根据传进来的参数，配

置 GPIO 相应的寄存器，从而实现对 GPIO 的操作。

然后 我们 回到 gpio-exynos4.c ， 接 着看 下 面 的代 码， 完成 了

exynos4_gpio_common_4bit 中每个元素的 config 结构赋值后， 接着会调用函数

samsung_gpiolib_add_4bit_chips(exynos4_gpio_common_4bit,  nr_chips) 来

向系统注册 GPIO 结构体。代码如下：

void  __init  samsung_gpiolib_add_4bit_chips(struct  s3c_gpio_chip  *chip, 

int nr_chips) 

{ 

for (; nr_chips > 0; nr_chips--, chip++) { 

samsung_gpiolib_add_4bit(chip); 

s3c_gpiolib_add(chip); 

} 

} 

上面的代码主要有两个函数组成分别是 samsung_gpiolib_add_4bit(chip) 和

s3c_gpiolib_add(chip)， 首先我们来看下 samsung_gpiolib_add_4bit(chip)函

数的实现：

void __init samsung_gpiolib_add_4bit(struct s3c_gpio_chip *chip) 

{ 

chip->chip.direction_input = samsung_gpiolib_4bit_input; 

chip->chip.direction_output = samsung_gpiolib_4bit_output; 

chip->pm = __gpio_pm(&s3c_gpio_pm_4bit); 

} 

这个函数也是为函数指针赋值，direction_input 是设置 GPIO 为输入模式，

direction_output 是设置 GPIO 为输出。

 

s3c_gpiolib_add(chip)函数主要作用是给一些函数指针赋值，然后根据传进来

的参数把对应的 GPIO 的信息保存到 gpio_desc 结构里，gpio_desc 是内核里面

定义的一个全局变量，用来保存每个 GPIO 的信息。 至此 GPIO 的驱动初始化就完

成了，其他它主要完成的功能就是为每个 GPIO 的结构体里面的函数指针赋值，

最后把每个 GPIO 结构信息保存到全局变量 gpio_desc 里面。

上面已经完成了一些通用的 GPIO 驱动的初始化，我们在回到 gpio-exynos4.c，

下面是根据 CPU 的型号初始化 CPU 特定的 GPIO 了，代码如下：

/* Only 4210 GPIO part */ 

if (soc_is_exynos4210()) { 

chip = exynos4210_gpio_4bit; 

nr_chips = ARRAY_SIZE(exynos4210_gpio_4bit); 

for (i = 0; i < nr_chips; i++, chip++) { 

if (chip->config == NULL) 

chip->config = &gpio_cfg; 

if (chip->base == NULL) 

pr_err("No allocation of base address [4210 gpio]"); 

} 

samsung_gpiolib_add_4bit_chips(exynos4210_gpio_4bit, 

nr_chips); 

} else { 

/* Only 4212/4412 GPIO part */ 

chip = exynos4212_gpio_4bit; 

nr_chips = ARRAY_SIZE(exynos4212_gpio_4bit); 

for (i = 0; i < nr_chips; i++, chip++) { 

if (chip->config == NULL) 

chip->config = &gpio_cfg; 

if (chip->base == NULL) 

pr_err("No allocation of base address [4212 gpio]"); 

} 

samsung_gpiolib_add_4bit_chips(exynos4212_gpio_4bit, 

nr_chips); 

} 

通过看上面的代码，初始化过程与前面介绍的初始化通用 GPIO 原理是一样的，

这里我们不在细介绍。对所有 GPIO 的初始化完成以后内核中的其他驱动模块

就可以方便的使用我们注册到 gpio_desc 里面的 GPIO 了。内核提供了几个全局

函数来操作这些 GPIO：

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label) 

void gpio_free(unsigned gpio) 

int s3c_gpio_setpull(unsigned int pin, s3c_gpio_pull_t pull) 

 

int s3c_gpio_cfgpin(unsigned int pin, unsigned int config) 

int gpio_direction_input(unsigned gpio) 

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value) 

gpio_request 函数是申请 GPIO 操作， 根据传递进来的参数 gpio， 会去全局变量

gpio_desc 里面找到对应的 GPIO 结构，判断 desc 的标志位 flag 有没有被设置

FLAG_REQUESTED，如果有设置说明其他地方在使用这个 GPIO，程序返回-EBUSY

错误，如果没有设置就设置 flags 的标记为 FLAG_REQUESTED。

 

gpio_free 函数是释放 GPIO 操作，根据传递进来的参数，在 gpio_desc 全局变

量找到对应的 GPIO 结构，清除掉 desc 的 flag 标志变量的 FLAG_REQUESTED 位。

s3c_gpio_setpull 函数是设置 GPIO 的上拉或下拉的，变量 pull 的取值范围如

下定义：

#define S3C_GPIO_PULL_NONE  ((__force s3c_gpio_pull_t)0x00) 

#define S3C_GPIO_PULL_DOWN  ((__force s3c_gpio_pull_t)0x01) 

#define S3C_GPIO_PULL_UP  ((__force s3c_gpio_pull_t)0x02) 

S3C_GPIO_PULL_NONE 是悬空

S3C_GPIO_PULL_DOWN 是下拉

S3C_GPIO_PULL_UP 是上拉

s3c_gpio_cfgpin 函数是设置 GPIO 的功能：输入/输出/其他功能，第二个参数

config 取值范围如下：

#define S3C_GPIO_INPUT  (S3C_GPIO_SPECIAL(0)) 

#define S3C_GPIO_OUTPUT  (S3C_GPIO_SPECIAL(1)) 

#define S3C_GPIO_SFN(x)  (S3C_GPIO_SPECIAL(x)) 

S3C_GPIO_INPUT 是输入模式，S3C_GPIO_OUTPUT 是输出模式，S3C_GPIO_SFN(x)

是其他模式，例如中断模式等。

gpio_direction_input 函数设置 GPIO 是输入功能。

gpio_direction_output 设置 GPIO 输出，第二个参数 value 取值 0 或 1,0 代表

输出低电平，1 代表输出高电平。

下面我们来看几个 GPIO 操作的例子：

if (gpio_request(EXYNOS4_GPX3(3), "MPU6050 INT")) 

printk(KERN_WARNING  "MPU6050  INT(GPX3.3)  Port  request  error!!!\n"); 

else{ 

s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPX3(3), S3C_GPIO_PULL_NONE); 

s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPX3(3), S3C_GPIO_SFN(0)); 

gpio_direction_input(EXYNOS4_GPX3(3)); 

gpio_free(EXYNOS4_GPX3(3)); 

} 

上面的代码是设置 GPIO 引脚 GPX3_3 为输入模式，悬空。 

 

 

err = gpio_request_one(EXYNOS4_GPX0(0), GPIOF_IN, "mcp251x_INT"); 

if (err) { 

printk(KERN_ERR "failed to request mcp251x_INT\n"); 

return -1; 

} 

s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPX0(0), S3C_GPIO_SFN(0xf)); 

s3c_gpio_setpull(EXYNOS4_GPX0(0), S3C_GPIO_PULL_NONE); 

gpio_free(EXYNOS4_GPX0(0)); 

上面的代码设置 GPIO 引脚 GPX0_0 为中断模式。

if(gpio_request(EXYNOS4_GPK1(0), "GPK1_0")) 

{ 

printk(KERN_ERR "failed to request GPK1_0 for " 

"USI control\n"); 

return err; 

} 

gpio_direction_output(EXYNOS4_GPK1(0), 1); 

s3c_gpio_cfgpin(EXYNOS4_GPK1(0), S3C_GPIO_OUTPUT); 

gpio_free(EXYNOS4_GPK1(0)); 

上面的代码设置 GPIO 引脚 GPK1_0 为输出模式，并且输出高电平。

嵌入式linux开发板之iTOP-4412开发板的 GPIO 驱动就介绍到这里，大家有兴趣的话可以去内核里面详细的查看一下整个驱动的详细实现。