《I.MX6U嵌入式Linux C应用编程指南》第十七章 GPIO应用编程
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第十七章 GPIO应用编程
本章介绍应用层如何控制GPIO，譬如控制GPIO输出高电平、或输出低电平。
1.1应用层如何操控GPIO
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：
图 17.1.1 /sys/class/gpio目录
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：
图 17.1.2 gpiochip0目录下的文件
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。
图 17.1.3 base属性文件
label：该组GPIO对应的标签，也就是名字。
图 17.1.4 label属性文件
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）。
图 17.1.5 ngpio属性文件
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）
图 17.1.6 导出成功
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 16.1.7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，稍后再给大家介绍。
图 17.1.7 GPIO引脚对应的文件夹
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
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：
图 17.1.8 导出失败
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：
图 17.1.9 gpioX文件夹
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：
图 17.1.10 direction属性文件
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
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
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
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。
1.2编写应用程序
本例程源码对应的路径为：开发板光盘->11、Linux C应用编程例程源码->17_gpio->gpio.c。
上一小节已经向大家介绍了如何通过sysfs方式控制开发板上的GPIO引脚，本小节我们编写一个简单地测试程序，控制开发板上的某一个GPIO输出PWM波形，其示例代码如下所示：
示例代码 17.2.1 控制GPIO输出PWM
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#defineEXPORT "/sys/class/gpio/export"
int main(int argc, char *argv[])
{
char gpio_dir = "/sys/class/gpio/gpio";
char file_path = {0};
int fd;
/* 校验传参 */
if (2 != argc) {
fprintf(stderr, "usage: %s <gpio>\n", argv);
exit(-1);
}
/* 判断指定编号的GPIO是否导出 */
strcat(gpio_dir, argv);
if (0 > access(gpio_dir, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出
if (0 > (fd = open(EXPORT, O_WRONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
if (0 > write(fd, argv, strlen(argv))) {//导出gpio
perror("write error");
exit(-1);
}
close(fd);//关闭文件
}
/* 配置为输出模式 */
strcpy(file_path, gpio_dir);
strcat(file_path, "/direction");
if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
if (0 > write(fd, "out", 3)) {//配置为输出模式
perror("write error");
exit(-1);
}
close(fd);
/* 极性设置 */
memset(file_path, 0x0, sizeof(file_path));
strcpy(file_path, gpio_dir);
strcat(file_path, "/active_low");
if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
if (0 > write(fd, "0", 1)) {
perror("write error");
exit(-1);
}
close(fd);
/* 控制GPIO输出高低电平 */
memset(file_path, 0x0, sizeof(file_path));
strcpy(file_path, gpio_dir);
strcat(file_path, "/value");
if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY))) {
perror("open error");
exit(-1);
}
for ( ; ; ) { //产生PWM50Hz
write(fd, "1", 1); //拉高
usleep(10 * 1000); //休眠10ms
write(fd, "0", 1); //拉低
usleep(10 * 1000); //休眠10ms
}
}
执行程序时需要传入一个参数，该参数指定一个编号，程序会控制指定编号的GPIO引脚产生PWM。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"；最后再控制GPIO引脚输出相应的高低电平，以使其产生PWM，通过对value文件写入"1"或"0"来拉高或拉低GPIO。
使用交叉编译工具编译应用程序，如下所示：
图 17.2.1 编译应用程序
1.3在开发板上测试
将上小节编译得到的可执行文件testApp拷贝到开发板根文件系统中，譬如拷贝到开发板Linux系统的家目录下，接着执行应用程序：
图 17.3.1 执行应用程序
执行应用程序时，笔者指定的编号为1，也就是对应I.MX6UL/I.MX6ULL的GPIO1_IO01，在阿尔法开发板底板上已经将该引脚引出了，如下所示：
图 17.3.2 GPIO1_IO01引脚
程序执行之后，大家可以使用示波器查看该引脚是否输出了PWM波形，下图是笔者使用示波器所测试的结果：
图 17.3.3 测试结果
从图中可以看出，由应用程序所控制产生的PWM波其周期为50Hz，占空比为50%，与程序实际设置的情况是相符合的。
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