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什么是GPIO操作原理

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Linux 系统定义了一切皆文件的原则，甚至于硬件:磁盘，软盘，等……，这样的好处是，在不同的平台和硬件上都能形成统一的调用方式。

这里，我们从树莓派，探讨下GPIO的操作原理（非内核原理）：通过 sysfs 方式控制 GPIO。

什么是GPIO操作原理

接触过 Linux 的，应该都了解 echo "0" > test.txt 是将一个字符串 0 输入到当前目录的 test.txt 文件中，那么下面所有的操作，均基于这个操作形式。

GPIO端口

自 Linux 2.6.21 起，GPIO 作为一个基础组件包含到Linux 内，我们可以根据 GPIO 规范直接使用。

首先，进入 /sys/class/gpio 向目录下, 我们可以看到以下文件：

# cd /sys/class/gpio && ls -l
总用量 0
-rwxrwx--- 1 root gpio 4096 9月   8 01:37 export
lrwxrwxrwx 1 root gpio    0 8月   9 01:16 gpiochip0 -> ../../devices/platform/soc/3f200000.gpio/gpio/gpiochip0
-rwxrwx--- 1 root gpio 4096 9月   8 01:47 unexport

目录功能具体如下：

  1. gpio_operation 通过 /sys/ 文件接口操作 IO 端口 GPIO 到文件系统的映射。

  2. 控制 GPIO 的目录位于 /sys/class/gpio。

  3. /sys/class/gpio/export 文件用于通知系统需要导出控制的 GPIO 引脚编号。

  4. /sys/class/gpio/unexport 用于通知系统取消导出。

  5. /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

计算引脚编号

引脚编号 = 控制引脚的寄存器基数 + 控制引脚寄存器位数

举个栗子（具体 GPIO 需要参考数据手册），如果使想用 GPIO1_20，那么引脚编号就可能等于 1 x 32 + 20 = 54

我们操作在 树莓派2B 下，其中 寄存器基数为 0 ，所以引脚编号=引脚寄存器位数；记操作几号，引脚号即为几。

什么是GPIO操作原理

导出引脚

向文件 /sys/class/gpio/export 写入引脚编号，即可激活引脚。

echo 18 > /sys/class/gpio/export

命令执行成功后，目录下，便会出现 gpio18 文件夹，如果没有出现，则表示引脚不可导出。

控制方向

引脚导出成功后，即可通过写入 /sys/class/gpio/gpio18/direction 控制引脚 [输入] 或 [输出]。

# cd gpio18
# echo "out" > direction

命令无报错，即为操作成功；可输入值有以下几种：

in		引脚输入信号
out		输出控制到引脚
high 	输出一个高电平（`value`:`1`）
low 	输出一个低电平（`value`:`0`）

输入输出值

输入输出的值，通过 gpioX 下的 value 文件控制

当为输入时，请 echo /sys/class/gpio/gpio18/value 读出值；
当为输出时，请 echo 1 > /sys/class/gpio/gpio18/value 输入值；

这里 value 的值对应着，上面的 high 和 low 时的 1 / 0

取消引脚导出

当控制完成时，需要释放掉端口的控制，此时如导出引脚时一样，将引脚编号输出到 /sys/class/gpio/unexport 即可。

echo 18 > /sys/class/gpio/unexport

什么是GPIO操作原理

SHELL 控制

上面的讲解中，即时通过 shell 的方式控制 GPIO，这里将所有的命令集合下：

# 进入GPIO目录
cd /sys/class/gpio
# 使用ls查看gpio目录中的内容
ls
# export gpiochip0 unexport
# GPIO操作接口从内核空间暴露到用户空间
# 执行该操作之后，该目录下会增加一个gpio18文件目录
echo 18 > export
# 进入GPIO18目录，该目录由上一步操作产生
cd gpio18
#   查看gpio18目录
ls 
#   active_low direction edge power subsystem uevent value
# 设置GPIO18为输出方向
echo out > direction
# 输出逻辑高电平，LED点亮
echo 1 > value
# 输出逻辑低电平，LED熄灭
echo 0 > value
# 返回上级目录
cd ../
# 释放GPIO4接口
echo 18 > unexport

关于什么是GPIO操作原理就分享到这里了，希望以上内容可以对大家有一定的帮助，可以学到更多知识。如果觉得文章不错，可以把它分享出去让更多的人看到。


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