NanoPi GPIO 控制（Nanopi-S2）_综合

NanoPi GPIO 控制

1. sysfs 操作

前提：在编译内核时，查看是否加入 sysfs 支持，若没有则加上（这里默认使用NanoPi-S2测试，其最新固件已经加入sysfs支持）

$ make menuconfigDevice Drivers  —>  GPIO Support    —>      /sys/class/gpio/… (sysfs interface)

1.1 查询编号

#查询gpio在内核中的编号
$ cd /sys/class/gpio
$ for i in gpiochip* ; do  echo `cat $i/label`: `cat $i/base` ; doneGPIOA: 0
GPIOE: 128
GPIOALV: 160
GPIOB: 32
GPIOC: 64
GPIOD: 96

1.2 说明

$ cd /sys/class/gpio
$ lsexport     gpiochip128  gpiochip32  gpiochip96
gpiochip0  gpiochip160  gpiochip64  unexport

export 用于通知系统需要导出控制的GPIO引脚编号
unexport 用于通知系统取消导出
gpiochipX 用于保存系统中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，导出一个引脚的操作步骤

1.3 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，以 gpioc9 为例：64+9=73

1.4 导出 gpio

#超级用户身份登录系统
$ cd /sys/class/gpio
$ echo 73 > export  导出
$ lsgpio73

1.5 定义方向

$ cd /sys/class/gpio/gpio73
$ echo  out >  direction  #输出
$ echo 1 > value #输出高
$ echo 0 > value #输出低$ echo in > direction #输入
$ cat value #读取电平

2. 内核函数操作

用户层需要和驱动层交流，目前两种方式，一种是通过 ioctl 操作，另一种是基于文件操作。注意，不管是基于 ioctl 还是文件操作，速度都是在 200us 这个数量级上，也就是0.2ms。

2.1 基于 ioctl 操作

2.1.1 内核模块

这个内核模块控制的是 GPIOC11引脚，通过 ioctl 发送 SET_VALUE 命令可以设置引脚输出电平的高低，使用的函数是：

gpio_request(GPIOC11, "test");
gpio_direction_output(GPIOC11, 1);
gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);

以下是全部代码：ts_gpio.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/compat.h>
#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/spi/spidev.h>
#include <mach/platform.h>
#include <mach/devices.h>#define OUTPUT 1
#define INPUT 0
#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123#define DEVICE_NAME "gpio"unsigned int GPIOC11 = PAD_GPIO_C + 11;static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{gpio_request(GPIOC11, "test");gpio_direction_output(GPIOC11, 1);printk("request GPIOC11\n");return 0;
}
static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *file){printk("gpio_set_value LOW\n");gpio_set_value(GPIOC11, LOW);gpio_free(GPIOC11);return 0;
}
static long gpio_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) {if(cmd == SET_VALUE){if(arg == HIGH){gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);printk("gpio_set_value HIGH\n");}else if(arg == LOW){gpio_set_value(GPIOC11, LOW);printk("gpio_set_value LOW\n");}}return -EMSGSIZE;
}
static struct file_operations gpio_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = gpio_open,.release = gpio_close,.unlocked_ioctl = gpio_ioctl,
};
static struct miscdevice gpio_dev = {.minor          = MISC_DYNAMIC_MINOR,.name          = DEVICE_NAME,.fops          = &gpio_fops,
};
volatile unsigned * GPIOCOUT;
static int gpio_init(void){int ret = 0;printk("init\n");ret = misc_register(&gpio_dev);//注册内核return ret;
}
static void gpio_exit(void){misc_deregister(&gpio_dev);printk("exit\n");
}
module_init(gpio_init);
module_exit(gpio_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YPW");

2.1.2 驱动编译

Makefile

obj-m:=ts_gpio.o
mymodule-objs:=gpio #生成的驱动设备名
KDIR:=/home/fa/linux-3.4.y/
MAKE:=make
# EXTRA_CFLAGS += -I$(KDIR)arch/arm/mach-s5p4418/prototype/module
default:$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) clean

如果你需要编译这个内核模块，你首先需要下载 linux 内核的源代码，详见 wiki 说明，然后将KDIR修改为你的内核地址，make 即可编译出 gpio.ko

2.1.3 编写应用

//gpio_ioctl.c
#include <stdio.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123int main()
{int fd = open("/dev/gpio", O_RDWR);int i;for(i=0;i<3;i++){ioctl(fd, SET_VALUE, HIGH);usleep(100000);ioctl(fd, SET_VALUE, LOW);usleep(100000);}close(fd);return 0;
}

2.1.4 编译运行

$ gcc gpio_ioctl.c -o gpio_ioctl
$ ./gpio_ioctl

2.2 基于文件操作

2.2.1 内核模块

//ts_gpio.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/moduleparam.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/compat.h>#include <linux/spi/spi.h>
#include <linux/spi/spidev.h>#include <mach/platform.h>
#include <mach/devices.h>#define OUTPUT 1
#define INPUT 0
#define HIGH 1
#define LOW 0#define SET_VALUE 123#define DEVICE_NAME "gpio"unsigned int GPIOC11 = PAD_GPIO_C + 11;static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{gpio_request(GPIOC11, "test");gpio_direction_output(GPIOC11, 1);printk("request GPIOC11\n");return 0;
}static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *file){printk("gpio_set_value LOW\n");gpio_set_value(GPIOC11, LOW);gpio_free(GPIOC11);return 0;
}//这里区别于 ioctl 
static ssize_t gpio_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos) {if (count > 1)return -EMSGSIZE;if(buf[0] == '1'){gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);printk("gpio_set_value HIGH\n");}else if(buf[0] == '0'){gpio_set_value(GPIOC11, LOW);printk("gpio_set_value LOW\n");}else{return -EMSGSIZE;}return -EMSGSIZE;
}static struct file_operations gpio_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = gpio_open,.release = gpio_close,.write = gpio_write,
};static struct miscdevice gpio_dev = {.minor          = MISC_DYNAMIC_MINOR,.name          = DEVICE_NAME,.fops          = &gpio_fops,
};volatile unsigned * GPIOCOUT;static int gpio_init(void){int ret = 0;printk("init\n");ret = misc_register(&gpio_dev);return ret;
}static void gpio_exit(void){iounmap(GPIOCOUT);misc_deregister(&gpio_dev);printk("exit\n");
}module_init(gpio_init);
module_exit(gpio_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("HJ");

2.2.2 驱动编译

Makefile 同 2.1.2

2.2.3 编写应用

#include <stdio.h>int main()
{FILE *p = fopen("/dev/gpio", "w");int i;for(i=0;i<3;i++){fprintf(p, "1");fflush(p);usleep(100000);fprintf(p, "0");fflush(p);usleep(100000);}fclose(p);return 0;
}

fflush用于清空缓冲流

2.2.4 编译运行

同 2.1.4

2.3 基于寄存器操作

程序在用户层即可操作寄存器，原理是通过mmap将寄存器的地址通过映射到用户层，然后控制，需要阅读芯片手册，了解最底层的 GPIO 控制。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>#define GPIOC_BASE_ADDRESS (0xC001C000)
#define MAP_SIZE 40#define GPIOCOUT *(unsigned int *)base
#define GPIOCOUTENB *(unsigned int *)(base+0x04)
#define GPIOCALTFN0 *(unsigned int *)(base+0x20)static int dev_fd;int main(int argc, char **argv)
{dev_fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_NDELAY);if (dev_fd < 0){printf("open(/dev/mem) failed.");return 0;}unsigned int base = (unsigned int)mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, dev_fd, GPIOC_BASE_ADDRESS );GPIOCALTFN0 &= ~(3<<22);GPIOCALTFN0 |= (1<<22);GPIOCOUTENB |= (1<<11);GPIOCOUT |= (1<<11);sleep(1);GPIOCOUT &= ~(1<<11);if(dev_fd)close(dev_fd);munmap((unsigned int *)base,MAP_SIZE);return 0;
}

3. 说明

静态加载：make menuconfig 选择模块是 [*] 编译进内核，然后make zImage编译内核，最后将 image 文件放到SD卡或NFS启动内核即可

动态加载：make menuconfig 选择模块是 [M] 编译进内核，然后 meke modules 编译模块，生成.ko文件，将其发送到ARM开发板里面，使用命令 insmod 进行加载，用 lsmod 进行查看，用 modinfo 查看详细信息，用rmmod 删除。

以上 GPIO 测试均为动态加载