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GPIO是General Purpose Input/Output的簡(jiǎn)稱，也就是通用輸入輸出。GPIO可以連接各種設(shè)備，包括外設(shè)、傳感器等，對(duì)于嵌入式設(shè)備的開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，GPIO非常重要。
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Linux作為開(kāi)源操作系統(tǒng)，在嵌入式設(shè)備的領(lǐng)域占有很大的市場(chǎng)份額。而在Linux中，GPIO的驅(qū)動(dòng)程序也是非常重要的一部分。本文將深入解析Linux中GPIO驅(qū)動(dòng)程序的原理和實(shí)現(xiàn)方法。
GPIO驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)方法
Linux中GPIO的實(shí)現(xiàn)方法可以概括為四種類(lèi)型，分別是GPIO模擬、GPIO中斷、GPIO字符設(shè)備和GPIO設(shè)備樹(shù)。下面我們對(duì)這四種類(lèi)型的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行逐一介紹。
1. GPIO模擬：
GPIO模擬一般是在沒(méi)有實(shí)際硬件設(shè)備的情況下，利用軟件實(shí)現(xiàn)GPIO的實(shí)現(xiàn)方法。在Linux中，GPIO模擬可以通過(guò)內(nèi)核嵌入GPIO subsytem的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就可以通過(guò)編寫(xiě)用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)GPIO的操作。其中，用戶程序可以使用GPIO庫(kù)函數(shù)、命令行接口或者python腳本來(lái)進(jìn)行GPIO的控制。
2. GPIO中斷：
GPIO中斷是實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中最常用的方法。在Linux中，GPIO中斷可以通過(guò)內(nèi)核提供的GPIO驅(qū)動(dòng)程序（gpio-irq）來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)GPIO輸入口發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)中斷方式進(jìn)行通知，從而實(shí)現(xiàn)GPIO的處理過(guò)程。
3. GPIO字符設(shè)備：
GPIO字符設(shè)備是實(shí)現(xiàn)GPIO程序的基礎(chǔ)，它是實(shí)現(xiàn)GPIO驅(qū)動(dòng)程序的底層基礎(chǔ)。在Linux中，GPIO字符設(shè)備可以通過(guò)創(chuàng)建gpio-chip結(jié)構(gòu)體和gpio_desc結(jié)構(gòu)體來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而完成設(shè)備的注冊(cè)和初始化。
4. GPIO設(shè)備樹(shù)：
GPIO設(shè)備樹(shù)是在Linux 2.6.x版本中引入的一種新機(jī)制，用于簡(jiǎn)化GPIO驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)過(guò)程。通過(guò)設(shè)備樹(shù)描述符來(lái)注冊(cè)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)GPIO的快速配置和管理。
需要注意的是，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，不同的硬件平臺(tái)和SoC芯片有著不同的GPIO實(shí)現(xiàn)方式，因此需要針對(duì)所用平臺(tái)進(jìn)行GPIO驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)。
GPIO驅(qū)動(dòng)程序的工作原理
GPIO驅(qū)動(dòng)程序的工作原理主要由GPIO驅(qū)動(dòng)程序和GPIO子系統(tǒng)兩部分組成。其中，GPIO驅(qū)動(dòng)程序是位于驅(qū)動(dòng)層的，它是負(fù)責(zé)硬件的處理和控制，是驅(qū)動(dòng)程序的核心部分。而GPIO子系統(tǒng)則是負(fù)責(zé)將GPIO驅(qū)動(dòng)程序掛載到內(nèi)核中，與其他內(nèi)核子系統(tǒng)進(jìn)行交互從而實(shí)現(xiàn)GPIO的控制。下面我們將對(duì)GPIO驅(qū)動(dòng)程序和GPIO子系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行介紹。
GPIO驅(qū)動(dòng)程序工作原理：
GPIO驅(qū)動(dòng)程序的工作原理可以概括為以下幾個(gè)步驟：
（1）設(shè)備初始化
GPIO驅(qū)動(dòng)程序在設(shè)備初始化階段需要完成的任務(wù)主要包括開(kāi)啟GPIO時(shí)鐘、初始化GPIO端口、初始化GPIO的功能等。
（2）GPIO讀寫(xiě)操作
GPIO的讀寫(xiě)操作主要分為兩種情況，一種是GPIO輸出操作，另外一種是GPIO輸入操作。在GPIO輸出操作中，驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑻幚砥鞯妮敵鲂盘?hào)寫(xiě)入GPIO輸出寄存器，從而控制GPIO輸出端口；在GPIO輸入操作中，驅(qū)動(dòng)程序需要讀取GPIO輸入寄存器中的狀態(tài)信息，進(jìn)而得知輸入端口的狀態(tài)。
（3）GPIO中斷處理
在GPIO中斷操作中，驅(qū)動(dòng)程序需要進(jìn)行中斷的注冊(cè)、開(kāi)啟和處理等工作。當(dāng)GPIO的輸入狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，中斷信號(hào)會(huì)向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求，由驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行處理。
GPIO子系統(tǒng)工作原理：
GPIO子系統(tǒng)是位于內(nèi)核層的，它的主要作用是將GPIO驅(qū)動(dòng)程序同其他內(nèi)核子系統(tǒng)進(jìn)行交互。當(dāng)用戶程序?qū)PIO進(jìn)行操作時(shí)，GPIO子系統(tǒng)將用戶的操作傳遞給驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行處理后，再將處理結(jié)果返回給用戶程序。具體的過(guò)程如下：
（1）設(shè)備樹(shù)處理
當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，GPIO子系統(tǒng)首先進(jìn)行設(shè)備樹(shù)處理，然后根據(jù)設(shè)備樹(shù)描述符來(lái)注冊(cè)GPIO設(shè)備。通過(guò)設(shè)備樹(shù)描述符，GPIO子系統(tǒng)可以快速識(shí)別設(shè)備，從而進(jìn)行快速配置和管理。
（2）設(shè)備注冊(cè)
GPIO子系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用GPIO驅(qū)動(dòng)程序的API函數(shù)來(lái)注冊(cè)GPIO設(shè)備。在注冊(cè)時(shí)，需要指定GPIO設(shè)備名稱和GPIO設(shè)備控制范圍等信息。
（3）用戶操作處理
當(dāng)用戶程序?qū)PIO進(jìn)行操作時(shí)，GPIO子系統(tǒng)將用戶程序的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給GPIO驅(qū)動(dòng)程序。驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行GPIO的處理，然后將結(jié)果返回給GPIO子系統(tǒng)。
（4）資源管理
在使用完GPIO設(shè)備后，需要對(duì)相關(guān)的資源進(jìn)行管理，包括GPIO設(shè)備的關(guān)閉和資源的釋放等。
本文對(duì)Linux中GPIO驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)方法和工作原理進(jìn)行了深入解析。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，需要根據(jù)所用硬件平臺(tái)和SoC芯片進(jìn)行相應(yīng)的GPIO驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在使用GPIO設(shè)備時(shí)，需要注意資源的管理和使用，從而保證設(shè)備的正常運(yùn)行。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 如何在Linux系統(tǒng)中直接操作GPIO
如何在Linux系統(tǒng)中直接操作GPIO
方法/步驟
安裝SD Linux系統(tǒng)
如圖所示，先后將Arduino Software 1.5.3 （Arduino IDE）和SD-Card Linux Image下載到本機(jī)，Arduino IDE在后面查找GPIO與Arduino IO 之間的映射關(guān)系時(shí)需要用到。
如圖所示，將SDCard1.0.4.tar.bz2解壓后出現(xiàn)一個(gè)“image-full-galileo”的文件夾。
在MicroSD使用前需先將其以Fat32進(jìn)行格式化，然后將“image-full-galileo”文件夾下地所有文件直接拷貝到microSD卡的根目錄下。
進(jìn)入Galileo
將MicroSD插到Galileo中，在路由器頁(yè)面的已連接設(shè)備列表中會(huì)看到設(shè)備名稱為“clanton”有線連接設(shè)備，找到其IP地址，然后中
Terminal（Unix和Linux，Windows可用Putty）中通過(guò)ssh進(jìn)入Galileo，“ssh
”。
有意思的是，這個(gè)在MicroSD中運(yùn)行的Linux系統(tǒng)開(kāi)啟了ssh服務(wù)，并且root賬號(hào)沒(méi)有設(shè)置密碼，可以直接進(jìn)入。如上圖所示，彈出一對(duì)話框后輸入 “yes”回車(chē)即可進(jìn)入Galileo，出現(xiàn)下圖中的 “root@clanton”說(shuō)明這一步成功完成了
到這里，可能會(huì)有疑問(wèn)了，Galileo板載也是有一個(gè)操作系統(tǒng)的，microSD卡中也有一個(gè)Linux，如何保證現(xiàn)在進(jìn)入的就是microSD卡中的系
統(tǒng)呢？在Terminal中輸入“cat/proc/version”即可查看Linux系統(tǒng)版本，顯示為“3.8.7-yocto-standard”，這就是前面下載的為Galileo定制的Linux操作系統(tǒng)，Yocto。
找到那個(gè)屬于你的GPIO
下面就要開(kāi)始這篇文章中的核心部分，也是最難的一部。找Linux GPIO 與 Arduino IO之間的映射關(guān)系！
如右圖所示，在“/sys/class/gpio/”中有多大60多個(gè)GPIO，如何找出右側(cè)GPIO與左側(cè)Arduino IDE中對(duì)應(yīng)的IO呢。
首先將0-13IO口全部設(shè)為“INPUT”輸入模式
voidsetup(){//putyoursetupcodehere,torunonce:
pinMode(0,INPUT); pinMode(1,INPUT); pinMode(2,INPUT); pinMode(3,INPUT);
pinMode(4,INPUT); pinMode(5,INPUT); pinMode(6,INPUT); pinMode(7,INPUT);
pinMode(8,INPUT); pinMode(9,INPUT); pinMode(10,INPUT);
pinMode(11,INPUT); pinMode(12,INPUT); pinMode(13,INPUT); } voidloop(){
//putyourmaincodehere,torunrepeatedly: }
如圖所示，左側(cè)”pinMode(13,OUTPUT)”將13引腳變?yōu)檩敵瞿Ｊ?，右?cè)gpio7變成out模式，因此gpio7對(duì)應(yīng)的就是Arduino IO 13（pin13）
按照這種方法依次找出Arduino IO與GPIO之間如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系
GPIODigitalI/Ogpio11pin0
gpio12pin1 gpio13pin2 gpio14pin3 gpio6pin4 gpio0pin5 gpio1pin6
gpio38pin7 gpio40pin8 gpio4pin9 gpio10pin10 gpio5pin11 gpio15pin12
gpio7pin13
下面就需要來(lái)對(duì)上面找到的gpio對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證了?！癳cho “out”
>/sys/class/gpio/gpio*/direction”為將gpio變?yōu)檩敵瞿Ｊ剑癳cho “1”
>/sys/class/gpio/gpio*/value”為將gpio輸出高電平。然后就有了下面這段python程序，這段程序依次將
pin13,pin12,pin11,pin10四個(gè)引腳的LED點(diǎn)亮然后關(guān)閉，但由于python程序的執(zhí)行效率問(wèn)題，應(yīng)該所有LED同時(shí)點(diǎn)亮有了延時(shí)
成為流水燈，如下圖所示效果。這段程序在Linux系統(tǒng)的任意文件夾內(nèi)均可。
importos,timewhileTrue:os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio7/direction’)
os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio7/value’)
os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio15/direction’)
os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio15/value’)
os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio5/direction’)
os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio5/value’)
os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio10/direction’)
os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio10/value’) time.sleep(0.2)
os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio5/value’)
os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio15/value’)
os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio7/value’)
os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio10/value’) time.sleep(0.2)
linux gpio driver的介紹就聊到這里吧，感謝你花時(shí)間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux gpio driver,深入解析Linux GPIO驅(qū)動(dòng)程序,如何在Linux系統(tǒng)中直接操作GPIO的信息別忘了在本站進(jìn)行查找喔。
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