【国产RISC-V Linux板昉·星光VisionFive试用报告】GPIO开发基础：从原理到实战

HonestQiao 发表于 2022-6-11 21:39

本帖最后由 HonestQiao 于 2022-6-11 22:01 编辑

昉·星光VisionFive开发板上，提供了40Pin IO口，可以供我们在实际开发中使用。



这些IO口的具体功能定义，可以通过官方的资料了解：



在Linux系统中，GPIO驱动启用后，对应的挂载点在/sys/class/gpio

这里需要说明一下，在Linux系统上，对于常规的文件，用文件路径来访问文件，这个很好理解。

同样的，对于内外设备，Linux系统上，也把这些各种设备，当成特殊形式的文件来访问。

例如，要查看cpu的信息，那么cat /proc/cpuinfo即可。

而GPIO设备的话，其挂载点就是/sys/class/gpio。

 

通过官方40Pin的详细文档，我们可以了解每个引脚具体的挂载点：



从上图中，我们可以看到，GPIO0引脚，其对应的sys为448，那么，在系统中，其对应的挂载点，就是 /sys/class/gpio/gpio448

依次类推，我们可以得到，GPIO2引脚，其对应的sys为450，那么其挂载点，就是/sys/class/gpio/gpio450

 

但是在Linux系统中，具体GPIO的引脚，可能不会开机自动挂载，需要我们先激活，才能使用。

要激活具体的GPIO，也需要使用到一个特殊文件，那就是 /sys/class/gpio/export

如果要激活GPIO1，也就是/sys/class/gpio/gpio448，我们只需要执行下面的命令，即可激活：

<pre>
<code class="language-bash">echo 448 > /sys/class/gpio/export</code></pre>

该命令相当于告诉 /sys/class/gpio/export，请帮我激活gpio448

执行完该命令后，ls -l /sys/class/gpio，就可以看到gpio448存在了。

提醒：上述命令，需要在root权限下执行，否则执行时会提示没有权限。

 

激活GPIO0引脚后，我们还需要设置该引脚的功能，是输入，还是输出，那么使用下面的命令，操作/sys/class/gpio/gpio448/direction这个特殊文件即可：

如果是输出，也就是要输出高低电平，例如点亮LED，就使用：

<pre>
<code class="language-bash">echo out > /sys/class/gpio/gpio448/direction</code></pre>

上面的命令，就相当于告诉 /sys/class/gpio/gpio448/direction ，我要把你gpio448设置为out，也就是输出了。

 

如果是输入，例如接按键，获取按键状态，就使用：

<pre>
<code class="language-bash">echo in > /sys/class/gpio/gpio448/direction</code></pre>

上面的命令，就相当于告诉 /sys/class/gpio/gpio448/direction ，我要把你gpio448设置为in，也就是输入了。

 

设置好了GPIO0对应的功能后，我们就能具体使用了。

这个时侯，我们又要使用到 /sys/class/gpio/gpio448/value 这个特殊文件了。

例如，如果设置好输出，已经在GPIO0上接好了LED，现在要点亮LED了，就执行：

<pre>
<code class="language-bash">echo 1 > /sys/class/gpio/gpio448/value</code></pre>

这样就表示输出高电平

 

如果要熄灭对应的LED，就执行：

<pre>
<code class="language-bash">echo 0 > /sys/class/gpio/gpio448/value</code></pre>

这样就表示输出低电平了

 

如果设置好输入，在GPIO0上接好了普通按键，现在要获取按键输入状态，就执行：

<pre>
<code class="language-bash">cat /sys/class/gpio/gpio448/value</code></pre>

那么，显示1，表示按键按下；显示0，则表示按键松开。

 

在上面的讲解中，我们一共用到了下面的文件：

<ul>
<li>/sys/class/gpio/export：通知激活GPIO引脚对应的sys挂载点</li>
<li>/sys/class/gpio/gpio448/direction：通知该GPIO是输入in还是输出out</li>
<li>/sys/class/gpio/gpio448/value：输出或者输入高低电平</li>
</ul>

我们对这几个特殊文件的操作，也就是使用了基础的echo、cat指令，这样的指令，对任何一个普通文件，也可以操作。

所以本质上，对Linux而言，普通文件是文件，而这些GPIO挂载点也是文件，只不过，具体的功能有所不同罢了。

 

那么，如果你还懂一点bash脚本，会循环的，我命而已通过下面的方式，来闪烁GPIO0上连接的LED，具体指令如下：

<pre>
<code class="language-bash"># 激活GPIO0 - 448
echo 448 > /sys/class/gpio/export

# 设置GPIO0 - 448 为输出
echo out > /sys/class/gpio/gpio448/direction

# 循环10次：点亮LED，延时1秒，在关闭LED，再延时1秒
for i in 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
do
echo 1 /sys/class/gpio/gpio448/value
sleep 1
echo 0 /sys/class/gpio/gpio448/value
sleep 1
done</code></pre>

如果已经连接好LED到GPIO0，那么执行后，就能看到实际效果了。

小作业：参考上面的讲解，在控制一个LED的基础上，控制3个LED，类似下面的效果：

cc8f751e8b111805656f1bb22ca04e19

 

在上面的讲解中，我们在bash环境下，用echo来写入数据到对应的GPIO对应的文件中，从而操控LED引脚。

那么，到了C语言中，我们要如何操作呢？

实际上，也非常简单，你就把他们当作普通的文件，打开，然后写入或者读取内容就好了。

以下为一段通过GPIO0来闪烁LED的代码，基本功能和上面演示的bash脚本闪烁LED类似：

<pre>
<code class="language-cpp">#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h> //define O_WRONLY and O_RDONLY

//芯片复位引脚: P1_16
#define SYSFS_GPIO_EXPORT "/sys/class/gpio/export"
#define SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL "448"
#define SYSFS_GPIO_RST_DIR "/sys/class/gpio/gpio448/direction"
#define SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL "OUT"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL "/sys/class/gpio/gpio448/value"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_H "1"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_L "0"

int main()
{
int fd;

 //打开端口/sys/class/gpio# echo 448 > export
 fd = open(SYSFS_GPIO_EXPORT, O_WRONLY);
 if(fd == -1)
 {
 printf("ERR: Radio hard reset pin open error.\n");
 return EXIT_FAILURE;
 }
 write(fd, SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL ,sizeof(SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL));
 close(fd);

 //设置端口方向/sys/class/gpio/gpio448# echo out > direction
 fd = open(SYSFS_GPIO_RST_DIR, O_WRONLY);
 if(fd == -1)
 {
 printf("ERR: Radio hard reset pin direction open error.\n");
 return EXIT_FAILURE;
 }
 write(fd, SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL));
 close(fd);

 //输出复位信号: 拉高>100ns
 fd = open(SYSFS_GPIO_RST_VAL, O_RDWR);
 if(fd == -1)
 {
 printf("ERR: Radio hard reset pin value open error.\n");
 return EXIT_FAILURE;
 }
 while(1)
 {
 write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_H, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_H));
 usleep(1000000);
 write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_L, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_L));
 usleep(1000000);
 }
 close(fd);

 printf("INFO: Radio hard reset pin value open error.\n");
 return 0;

}</code></pre>

上面C代码的步骤，和我们在bash脚本中操作的步骤一致，都是操作前面说的三个特殊GPIO挂载点对应的文件。

<ul>
<li>首先，是open了/sys/class/gpio/export，然后写入448，表示要激活GPIO0对应的sys挂载点</li>
<li>其次，是open了/sys/class/gpio/gpio448/direction，写入了OUT，表示设置GPIO0为输入</li>
<li>然后，是open了/sys/class/gpio/gpio448/value，准备循环写入0和1，来点亮和熄灭LED</li>
<li>最后，是循环；再循环中，先写入1，点亮LED，然后延时1秒(usleep 1000000微秒)，再写入0，熄灭LED，再延时1秒</li>
</ul>

编译该c代码，并执行，就能看到和之前bash脚本执行，同样的结果了。

提醒：上述编译结果的运行，需要在root权限下执行，否则执行时会提示没有权限。

小作业：参考上面的讲解，在控制一个LED的基础上，控制3个LED，达到类似上面bash脚本控制3个LED的效果。 
 

通过上面的讲解，我们能够学习到，如果控制GPIO0，同样的方法，你也可以控制GPIO2、GPIO4等所有你能控制的GPIO，他们无非是不同的文件而已。

不管是在bash脚本中，还是在C语言、C++语言，或者是Python中，都可以按照同样的操作文件的方式来进行操作即可。

 

小作业：通过控制LED点亮和熄灭的时间间隔，来实现LED灯的渐亮渐灭效果，也就是呼吸灯效果。

lugl4313820 发表于 2022-6-13 08:34

学习了，一篇基础的教学，感谢乔帮主的分享！希望有更精彩呈现！

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