RK3568驱动指南｜第十二篇 GPIO子系统-第129章 GPIO控制和操作实验

瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工艺，搭载一颗四核Cortex-A55处理器和Mali G52 2EE 图形处理器。RK3568 支持4K 解码和 1080P 编码，支持SATA/PCIE/USB3.0 外围接口。RK3568内置独立NPU，可用于轻量级人工智能应用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系统，主要面向物联网网关、NVR 存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉 OK、云终端、车载中控等行业。

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第129章 GPIO控制和操作实验

GPIO软件编程方式有多种，可以写驱动程序调用GPIO函数操作GPIO，也可以直接通过操作寄存器的方式操作GPIO，还可以通过sysfs方式实现对GPIO的控制。本章节我们来学习使用sysfs方式实现对GPIO的控制。

129.1 使用命令通过sysfs文件系统控制GPIO

129.1.1 内核配置

使用sysfs方式控制gpio，首先需要底层驱动的支持，需要在make menuconfig图形化配置界面中加入以下配置：

Device Drivers

->GPIO Support

->/sys/class/gpio/xxxx

图 129-1

129.1.2 GPIO编号计算

iTOP-RK3568有 5 组 GPIO bank：GPIO0~GPIO4，每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分,常用以下公式计算引脚：

GPIO pin脚计算公式：pin = bank * 32 + number     //bank为组号，number为小组编号
GPIO 小组编号计算公式：number = group * 8 + X  

引脚编号=控制寄存器的寄存器基数+控制引脚寄存器位数。 在 rk3568?中， GPIO_number的计算方法为： n*32 + (K-A)*8 + x;?括号里面的 A、 B、 C、 D 分别代表数值 0、 1、 2、 3， 在计算时候分别对应即可。?

下面演示LED9用户LED灯的GPIO0_PB7 pin脚计算方法：

bank = 0; ????? //GPIO0_B7=> 0, bank ∈ [0,4]
group = 1; ?????//GPIO0_B7 => 1, group ∈ {(A=0), (B=1), (C=2), (D=3)}
X = 7; ??????  //GPIO4_D7?=> 5, X ∈ [0,7]
number = group * 8 + X = 1 * 8 + 7 =15
pin = bank*32 + number= 0 * 32 + 15 = 15;

图 129-2

/sys/class/gpio/export 用于将GPIO控制从内核空间导出到用户空间。/sys/class/gpio/unexport 用于取消GPIO控制从内核空间到用户空间的导出。 export 和 unexport，他们都是只写的。GpiochipX代表GPIO 控制器。

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，以GPIO0_PB7为例（pin计算值为15）使用export 文件进行导出(如果没有更换本章开始部分的内核设备树镜像，会导出不成功)，导出成功如下图所示：

echo 15 > export

图 129-3

? 会发现在/sys/class/gpio 目录下生成了一个名为 gpio15 的文件夹（gpioX，X 表示对应的编 号），该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。

unexport：将导出的 GPIO 引脚删除。当使用完 GPIO 引脚之后，需要将导出的引脚删除，同样该文件也是只写文件、不可读，使用unexport 文件进行删除GPIO0_PB7，删除成功如下图所示：

?echo 15 > unexport

图 129-4

可以看到之前生成的 gpio15 文件夹就会消失！

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 已经被导出或者在内核中被使用了，那便无法成功导出，导出失败如下图所示：

图 129-5

出现上图报错的原因是该GPIO已经被其他GPIO使用，需要在内核中找到使用GPIO的驱动，并取消该驱动才可以正常使用GPIO。在使用GPIO15时，需要取消Linux内核源码中LED灯的配置，如下所示：

图 129-6

再次使用以下命令导出GPIO0_PB7引脚，导出成功之后进入gpio15文件夹如下图所示：

echo 15 > export

图 129-7

? 可以看到gpio15文件夹下分别有active_low、device、direction、edge、power、subsystem、uevent、value八个文件，需要关心的文件是 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）。

在“/sys/class/gpio/gpio15”目录下使用cat命令查看direction输入输出模式，如下图所示：

cat direction

图 129-8

?默认状态下的输入输出状态为“in”,由于direction为可读可写，可以使用以下命令将模式配置为输出，配置完成如下图所示

echo out > direction

cat direction

?

图 129-10

当 active_low 等于 0 时， value 值若为1则引脚输出高电平，value 值若为0则引脚输出低电平。当 active_low 等于 1 时 ，value 值若为0则引脚输出高电平，value 值若为1则引脚输出低电平。

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，四种触发模式的设置如下所示：

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

value: 设置高低电平，如果我们要把这个管脚设置成高电平，我们只需要给value设置成1即可，反之，则设置成0。使用命令?

echo 1 > value

反之，把GPIO设置成低电平，使用命令

echo 0 > value

图 129-11

129.2 使用C程序通过sysfs文件系统控制GPIO

129.2.1 控制GPIO输出实验

本小节代码在配套资料“iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\82_gpioctrl01”目录下。

实验要求：

通过GPIO输出应用程序控制GPIO口输出高低电平，以此来控制LED灯的亮灭。

实验步骤：

首先进入ubuntu的终端界面输入以下命令来创建?gpioctrl.c文件，如下图所示：

图 129-12

然后向该文件中添加以下内容：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int fd;                   // 文件描述符
int ret;                  // 返回值
char gpio_path[100];      // GPIO路径
int len;                  // 字符串长度

// 导出GPIO引脚
int gpio_export(char *argv)
{
    fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY); // 打开export文件
    if (fd < 0)
    {
        printf("open /sys/class/gpio/export error \n"); // 打开文件失败
        return -1;
    }
    len = strlen(argv); // 获取参数字符串的长度
    ret = write(fd, argv, len); // 将参数字符串写入文件，导出GPIO引脚
    if (ret < 0)
    {
        printf("write /sys/class/gpio/export error \n"); // 写入文件失败
        return -2;
    }
    close(fd); // 关闭文件
}

// 取消导出GPIO引脚
int gpio_unexport(char *argv)
{
    fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY); // 打开unexport文件
    if (fd < 0)
    {
        printf("open /sys/class/gpio/unexport error \n"); // 打开文件失败
        return -1;
    }
    len = strlen(argv); // 获取参数字符串的长度
    ret = write(fd, argv, len); // 将参数字符串写入文件，取消导出GPIO引脚
    if (ret < 0)
    {
        printf("write /sys/class/gpio/unexport error \n"); // 写入文件失败
        return -2;
    }
    close(fd); // 关闭文件
}

// 控制GPIO引脚的属性
int gpio_ctrl(char *arg, char *val)
{
    char file_path[100]; // 文件路径
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, arg); // 构建文件路径，格式为“gpio_path/arg”
    fd = open(file_path, O_WRONLY); // 打开文件
    if (fd < 0)
    {
        printf("open file_path error \n"); // 打开文件失败
        return -1;
    }
    len = strlen(val); // 获取参数字符串的长度
    ret = write(fd, val, len); // 将参数字符串写入文件，控制GPIO引脚的属性
    if (ret < 0)
    {
        printf("write file_path error\n"); // 写入文件失败
        return -2;
    }
    close(fd); // 关闭文件
}

int main(int argc, char *argv[]) // 主函数
{
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]); // 构建GPIO路径，格式为“/sys/class/gpio/gpio引脚号”
    if (access(gpio_path, F_OK)) // 检查GPIO路径是否存在
    {
        gpio_export(argv[1]); // 不存在则导出GPIO引脚
    }
    else
    {
        gpio_unexport(argv[1]); // 存在则取消导出GPIO引脚
    }

    gpio_ctrl("direction", "out"); // 配置GPIO为输出模式
    gpio_ctrl("value", argv[2]);   // 控制GPIO输出高低电平

    gpio_unexport(argv[1]); // 最后取消导出GPIO引脚

    return 0; // 返回0表示程序正常退出
}

保存退出之后，使用以下命令设置交叉编译器环境，并对gpioctrl.c进行交叉编译，编译完成如下图所示：

export PATH=/usr/local/arm64/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin:$PATH

aarch64-linux-gnu-gcc gpioctrl.c?-o?gpioctrl

图 129-13

最后将交叉编译生成的gpioctrl文件拷贝到开发板目录下运行即可，如下所示：

?

图 129-14

输入“./gpioctrl 15 1”命令LED灯点亮，输入“./gpioctrl 15 0”命令LED灯熄灭。

到此，实验结束。

129.2.2 控制GPIO输入实验

本小节代码在配套资料“iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\83_gpioctrl02”目录下。

实验要求：

通过GPIO输入应用程序读取GPIO口的输入电平。

实验硬件连接：

使用迅为iTOP-RK3568开发板，使用导线连接开发板背面的引脚GPIO1_B2,另一端连接到电源或者GND。

实验步骤：

首先进入ubuntu的终端界面输入以下命令来创建?gpioctrl.c文件，如下图所示：

图 129-15

然后向该文件中添加以下内容：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int fd;              // 文件描述符
int ret;             // 返回值
char gpio_path[100]; // GPIO路径
int len;             // 字符串长度
char file_path[100]; // 文件路径
char buf[2];         // 用于读取 GPIO 值的缓冲区

// 导出 GPIO 引脚
int gpio_export(char *argv)
{
    fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY); // 打开 export 文件
    if (fd < 0)
    {
        printf("open /sys/class/gpio/export error\n"); // 打开文件失败
        return -1;
    }
    len = strlen(argv);         // 获取参数字符串的长度
    ret = write(fd, argv, len); // 将参数字符串写入文件，导出 GPIO 引脚
    if (ret < 0)
    {
        printf("write /sys/class/gpio/export error\n"); // 写入文件失败
        return -2;
    }
    close(fd); // 关闭文件
}

// 取消导出 GPIO 引脚
int gpio_unexport(char *argv)
{
    fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY); // 打开 unexport 文件
    if (fd < 0)
    {
        printf("open /sys/class/gpio/unexport error\n"); // 打开文件失败
        return -1;
    }
    len = strlen(argv);         // 获取参数字符串的长度
    ret = write(fd, argv, len); // 将参数字符串写入文件，取消导出 GPIO 引脚
    if (ret < 0)
    {
        printf("write /sys/class/gpio/unexport error\n"); // 写入文件失败
        return -2;
    }
    close(fd); // 关闭文件
}

// 控制 GPIO 引脚的属性
int gpio_ctrl(char *arg, char *val)
{
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, arg); // 构建文件路径，格式为 "gpio_path/arg"
    fd = open(file_path, O_WRONLY);              // 打开文件
    if (fd < 0)
    {
        printf("open file_path error\n"); // 打开文件失败
        return -1;
    }
    len = strlen(val);         // 获取参数字符串的长度
    ret = write(fd, val, len); // 将参数字符串写入文件，控制 GPIO 引脚的属性
    if (ret < 0)
    {
        printf("write file_path error\n"); // 写入文件失败
        return -2;
    }
    close(fd); // 关闭文件
}

// 读取 GPIO 引脚的值
int gpio_read_value(char *arg)
{
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, arg); // 构建文件路径，格式为 "gpio_path/arg"
    fd = open(file_path, O_RDONLY);              // 打开文件
    if (fd < 0)
    {
        printf("open file_path error\n"); // 打开文件失败
        return -1;
    }
    ret = read(fd, buf, 1); // 读取文件内容到缓冲区
    if (!strcmp(buf, "1"))
    {
        printf("The value is high\n"); // GPIO 引脚值为高电平
        return 1;
    }
    else if (!strcmp(buf,"0"))
    {
        printf("The value is low\n"); // GPIO 引脚值为低电平
        return 0;
    }
    
    close(fd); // 关闭文件
    return -1;
    
}

int main(int argc, char *argv[]) // 主函数
{
    int value;
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]); // 构建 GPIO 路径，格式为 "/sys/class/gpio/gpio引脚号"
    if (access(gpio_path, F_OK))                           // 检查 GPIO 路径是否存在
    {
        gpio_export(argv[1]); // 不存在则导出 GPIO 引脚
    }
    else
    {
        gpio_unexport(argv[1]); // 存在则取消导出 GPIO 引脚
    }

    gpio_ctrl("direction", "in");       // 配置 GPIO 为输入模式
    
    value = gpio_read_value("value");   // 读取 GPIO 引脚的值
    printf("The value is %d\n", value); // 打印读取的 GPIO 引脚的值
    gpio_unexport(argv[1]);             // 最后取消导出 GPIO 引脚

    return 0; // 返回 0 表示程序正常退出
}

保存退出之后，使用以下命令设置交叉编译器环境，并对gpioctrl.c进行交叉编译，编译完成如下图所示：

export PATH=/usr/local/arm64/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin:$PATH

aarch64-linux-gnu-gcc gpioctrl.c?-o?gpioctrl

图 129-16

最后将交叉编译生成的gpioctrl文件拷贝到开发板目录下运行即可。

为了测试输入高电平的状况，作者使用了杜邦线将开发板背面的3.3V接到了GPIO1_PB2 pin脚上，然后再次使用以下命令来进行状态的检测，如下图所示：

chmod 777 gpioctrl

./gpioctrl 42

图 129-17

可以看到GPIO1_PB2?pin脚打印的value值为高，所以gpio的状态打印正确。

同理，我们将GPIO1_PB2?pin脚接到GND，再次运行程序，如下图所示：

图 129-18

可以看到GPIO1_PB2 pin脚打印的value值为0，所以gpio的状态打印正确。

至此GPIO输入应用程序在开发板的测试就完成了。