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Linux中的GPIO中斷驅(qū)動(dòng)是一個(gè)強(qiáng)大的功能，它允許開(kāi)發(fā)者將輸入輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為中斷，以便實(shí)時(shí)地獲取GPIO信號(hào)的變化，更好地控制系統(tǒng)的工作。在這篇文章中，我們將的工作原理和如何實(shí)現(xiàn)它。
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一、概述
GPIO是一種通用的輸入輸出信號(hào)，可以用于控制LED燈、讀按鈕狀態(tài)、開(kāi)關(guān)等各種硬件設(shè)備。典型的GPIO信號(hào)只有兩個(gè)狀態(tài)：高電平和低電平。Linux系統(tǒng)中內(nèi)置了GPIO庫(kù)，它提供了對(duì)GPIO的控制和操作。
中斷是一種異步的事件，它可以在程序執(zhí)行時(shí)響應(yīng)某種事件。GPIO中斷是一種特殊的中斷，當(dāng)GPIO的電平出現(xiàn)變化時(shí)（如從高電平變?yōu)榈碗娖剑?，中斷就?huì)被觸發(fā)。這樣就能夠?qū)崟r(shí)地獲取GPIO信號(hào)的變化，從而更好地控制系統(tǒng)的工作。
二、工作原理
Linux系統(tǒng)內(nèi)置的GPIO庫(kù)通過(guò)/sys/class/gpio目錄下的文件結(jié)構(gòu)提供了對(duì)GPIO的控制。對(duì)于一個(gè)GPIO，首先需要將其設(shè)定為輸入模式：
“`
echo in > /sys/class/gpio/gpioxx/direction
“`
然后，我們可以在/sys/class/gpio/gpioxx/value文件中讀取其狀態(tài)，或者寫(xiě)入0或1來(lái)控制其狀態(tài)。這種方式的缺點(diǎn)是它定期地從文件中讀取輸入信號(hào)的狀態(tài)，對(duì)于實(shí)時(shí)控制要求高的應(yīng)用不夠優(yōu)雅。
GPIO中斷驅(qū)動(dòng)則是一種更為高效的方式，它使我們能夠通過(guò)硬件的中斷信號(hào)來(lái)檢測(cè)GPIO輸入信號(hào)的變化。在Linux系統(tǒng)中，我們可以使用sysfs界面或ioctl()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)注冊(cè)GPIO的中斷處理函數(shù)，并將其與GPIO綁定。這樣可以實(shí)現(xiàn)中斷信號(hào)的觸發(fā)與GPIO信號(hào)的狀態(tài)讀取或控制同時(shí)進(jìn)行，從而避免了文件操作帶來(lái)的延遲。
三、實(shí)現(xiàn)方法
實(shí)現(xiàn)GPIO中斷驅(qū)動(dòng)的方法主要有兩種：使用sysfs界面或ioctl()系統(tǒng)調(diào)用。下面我們分別闡述這兩種方法的原理和實(shí)現(xiàn)步驟。
1.使用sysfs界面
我們需要在系統(tǒng)中定義一個(gè)GPIO。我們可以通過(guò)echo命令將其導(dǎo)入到/sys/class/gpio目錄下，例如將GPIO7定義為輸入模式：
“`
echo 7 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio7/direction
“`
然后，我們可以使用poll()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)等待GPIO狀態(tài)的變化。在poll()函數(shù)中，我們可以檢查與GPIO相關(guān)的文件，如/sys/class/gpio/gpio7/value文件，以等待GPIO的輸入信號(hào)變化。當(dāng)文件中的值發(fā)生變化時(shí)，poll()函數(shù)就會(huì)返回，并且我們可以在回調(diào)函數(shù)中處理GPIO輸入信號(hào)的變化。
注冊(cè)回調(diào)函數(shù)的方式如下所示：
“`
echo edge > /sys/class/gpio/gpio7/edge
echo > /sys/class/gpio/gpio7/uevent
“`
其中，edge選項(xiàng)指定GPIO的中斷邊緣類(lèi)型（上升沿、下降沿、任何變化）?；卣{(diào)函數(shù)路徑則是我們編寫(xiě)的響應(yīng)GPIO中斷的程序路徑，該程序中需要定義一個(gè)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理函數(shù)，以響應(yīng)GPIO中斷的事件。
需要注意的是，在sysfs界面中實(shí)現(xiàn)GPIO中斷驅(qū)動(dòng)需要頻繁地讀取sysfs文件，這增加了系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，降低了實(shí)時(shí)性，因此不建議在生產(chǎn)環(huán)境中使用。
2.使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用
使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用可以在應(yīng)用程序中直接控制GPIO的中斷信號(hào)和GPIO輸入信號(hào)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以確保最快的響應(yīng)時(shí)間和最小的系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，適合于實(shí)時(shí)性要求高的環(huán)境。
需要注意的是，在使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用之前，我們需要利用mmap()函數(shù)將GPIO映射到應(yīng)用程序的虛擬地址空間中。這樣，應(yīng)用程序就可以直接讀取GPIO輸入信號(hào)的狀態(tài)，同時(shí)等待GPIO中斷的觸發(fā)并執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。
實(shí)現(xiàn)步驟如下：
1）定義GPIO標(biāo)號(hào)和處理函數(shù)
我們需要定義GPIO標(biāo)號(hào)和處理函數(shù)。在定義之前，我們需要使用系統(tǒng)調(diào)用open()打開(kāi)GPIO設(shè)備文件：
“`
int fd = open (“/dev/gpiochip0”, O_RDON);
“`
然后，在應(yīng)用程序中定義GPIO的標(biāo)號(hào)和對(duì)應(yīng)的中斷處理函數(shù)：
“`
struct gpio_event_data gpio_data;
gpio_data.chip_fd = fd;
gpio_data.gpio_num = 16;
gpio_data.re_value = 1;
gpio_data.bounce_time = 150; // 設(shè)定可檢測(cè)的最小信號(hào)時(shí)間
void gpio_event_callback (unsigned int gpio, unsigned int value, void *data) {
struct gpio_event_data *gpio_data = (struct gpio_event_data*)data;
/* 處理GPIO中斷 */
}
“`
2）配置GPIO輸入信號(hào)的控制器
我們需要配置GPIO輸入信號(hào)的控制器，包括GPIO的方向、中斷觸發(fā)方式等。在這里我們使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用來(lái)控制GPIO的配置：
“`
struct gpiochip_info chip_info;
struct gpioline_info line_info;
unsigned long flags;
gpio_data.event_fd = epoll_create(10);//創(chuàng)建epoll事件
/* 獲取GPIO chip信息 */
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_CHIPINFO_IOCTL, &chip_info);
/*獲取GPIO line信息*/
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEINFO_IOCTL, &line_info);
/* 配置GPIO輸入方向 */
flags = GPIOHANDLE_REQUEST_INPUT; // GPIO輸入模式
struct gpiohandle_request req = {
.lines = 1, // 設(shè)置讀取的線(xiàn)路數(shù)
.flags = flags,
.default_values = &gpio_data.re_value // 設(shè)置默認(rèn)值，1表示觸發(fā)下降沿
};
req.lineoffsets[0] = gpio_data.gpio_num;
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEHANDLE_IOCTL, &req);
gpio_data.handle_fd = req.fd; // 獲取GPIO控制器句柄
/* 設(shè)置GPIO中斷信號(hào)的觸發(fā)方式 */
flags = GPIOEVENT_REQUEST_RISING_EDGE; // 下降沿觸發(fā)
struct gpioevent_request ev_req = {
.lineoffset = req.lineoffsets[0],
.handleflags = flags,
.eventflags = GPIOEVENT_EVENT_RISING_EDGE, // 觸發(fā)上升沿
.consumer_label = “example”,
};
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEEVENT_IOCTL, &ev_req);
gpio_data.event_fd = ev_req.fd; // 獲取GPIO事件控制器句柄
“`
3）注冊(cè)GPIO中斷處理函數(shù)
我們需要將GPIO中斷事件和其對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)綁定起來(lái)，并將其添加到epoll事件中：
“`
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
int nfds, epollfd;
epollfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
if (epollfd
printf(“Error in epoll_create()\n”);
return -1;
}
/* 將GPIO中斷事件綁定到回調(diào)函數(shù) */
struct event_data *pdata = malloc(sizeof(struct event_data));
memset(pdata, 0, sizeof(struct event_data));
pdata->cb = gpio_event_callback;
pdata->user_data = (void *)gpio_data.handle_fd;
set_fd_nonblock(gpio_data.event_fd);
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.ptr = pdata;
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, gpio_data.event_fd, &ev);
/* 等待GPIO中斷事件的觸發(fā) */
while (1) {
nfds = epoll_wt(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
if (nfds
if (errno == EINTR) {
continue;
}
printf(“Error in epoll_wt()”);
break;
}
// 處理GPIO中斷事件
}
“`
通過(guò)以上步驟，我們就可以實(shí)現(xiàn)GPIO中斷驅(qū)動(dòng)，并可以及時(shí)響應(yīng)GPIO輸入信號(hào)的變化。
四、
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 怎么控制GPIO引腳輸出5M方波（linux 2.6.28+S3C2440）
怎么控制GPIO引腳輸出5M方波（linux 2.6.28+S3C2440）
如果你讓系念鎮(zhèn)統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)5MHz的中斷，那內(nèi)核肯定會(huì)掛死孝簡(jiǎn)。用PWM模塊輸出一個(gè)5MHz的波形就可以了，不需要中斷。
再看看別人怎么說(shuō)的。巧高褲
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