2. GPIO控制

GPIO是General Purpose I/O的缩写，即通用输入输出端口，简单来说就是MCU/CPU可控制的引脚， 这些引脚通常有多种功能，最基本的是高低电平输入检测和输出，部分引脚还会与主控器的片上外设绑定， 如作为串口、I2C、网络、电压检测的通讯引脚。

Linux提供了GPIO子系统驱动框架，使用该驱动框架即可灵活地控制板卡上的GPIO。

2.1. GPIO性能

• 灌电流与拉电流为0-20mA可配置

2.2. GPIO命名

Allwinner Pin的ID按照 控制器端口(port)+索引序号(pin) 组成。H618的GPIO资源如下：

• 控制器端口有 PC、PF、PG、PH、PI、PL

• 控制器端口与具体控制器端口有关，比如PG就有20个索引序号

注意

下表多数引脚已经被系统使用，测试时请使用26Pin排针中引脚

控制器端口	索引序号（索引号）
PC	0，1，2，3，······，15，16
PF	0，1，2，3，4，5，6
PG	0，1，2，3，······，18，19
PH	0，1，2，3，······，9，10
PI	0，1，2，3，······，15，16
PL	0，1

2.3. 引脚号计算

2.3.1. 计算公式

引脚号的计算公式为：32 x （控制器端口） + （索引号）

如：PH2表达的意思为GPIO控制器为PH，索引号为2。该引脚号的计算公式为32 x 7 + 2 = 226

2.3.2. AllwinnerPin

AllwinnerPin是一款全志芯片引脚计算器软件。

获取方式： 网盘资料下载链接 -> 6-开发软件 -> AllwinnerPin.zip

正向计算(GPIO->引脚号):

反向计算(引脚号->GPIO):

超过最大引脚数量报错：

2.4. 使用GPIO sysfs接口控制IO

2.4.1. 命令行的方式

在Linux中，最常见的读写GPIO方式就是用GPIO sysfs interface， 是通过操作 /sys/class/gpio 目录下的 export 、 unexport 、gpio{N}/direction, gpio{N} /value （用实际引脚号替代{N}）等文件实现的，经常出现shell脚本里面。 在kernel 4.8开始，加入了libgpiod的支持；而原有基于sysfs的访问方式，将被逐渐放弃。

GPIO举例计算

引脚	控制器	索引号	计算结果
PC3	PC	3	67 (32 x 2 + 3)
PG16	PG	16	208 (32 x 6 + 16)
PH7	PH	7	231 (32 x 7 + 7)

#以下所有操作均需要打开管理者权限使用
#使能引脚PC3
echo 67 > /sys/class/gpio/export

#设置引脚为输入模式
echo in > /sys/class/gpio/gpio67/direction
#读取引脚的值
cat /sys/class/gpio/gpio67/value

#设置引脚为输出模式
echo out > /sys/class/gpio/gpio67/direction
#设置引脚为低电平
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio67/value
#设置引脚为高电平
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio67/value

#复位引脚
echo 67 > /sys/class/gpio/unexport

2.5. 使用libgpiod控制IO

从Linux 4.8版本开始，Linux引入了新的gpio操作方式，GPIO字符设备。libgpiod是一种字符设备接口，GPIO访问控制是通过操作字符设备文件（比如 /dev/gpiodchip0 ）实现的， 并通过libgpiod提供一些命令工具、c库以及python封装。

想要使用libgpiod，需要在板卡上安装libgpiod库。

#安装gpiod 命令行工具
sudo apt install -y gpiod

• gpiod工具的使用方法与sysfs接口的不同，gpiod是以控制器为单位，然后再详细到端口号和索引号，即gpiod使用两个数据确定引脚

GPIO举例计算

引脚	控制器	索引号	计算结果
PC3	PC	3	67 (32 x 2 + 3)
PG16	PG	16	208 (32 x 6 + 16)
PH7	PH	7	231 (32 x 7 + 7)

重要

Allwinner Pin的ID按照 控制器端口(port)+索引序号(pin) 组成。其中端口号和索引号会合并成一个数值传入到gpiod里去，并不是所有的引脚都能够使用libgpiod控制，因为有些引脚已经被系统占用。

常用的命令行如下，可使用 -h 查看命令相对应的使用说明，-h 查看版本信息。

2.5.1. gpiodetect

gpiodetect 命令用于列出系统上存在的所有 gpiochip，以及它们的名称、标签和 GPIO lines。

语法:

gpiodetect [OPTIONS]

选项[OPTIONS]:

• -h, –help ：查看帮助并退出

• -v, –version ：查看版本信息并退出

示例:

cat@lubancat:~$ sudo gpiodetect
gpiochip0 [7022000.pinctrl] (32 lines)
gpiochip1 [300b000.pinctrl] (288 lines)

三列数据分别是 gpiochip 的名称（name）、标签（label）和行数（lines）。其中 gpiochip1 为后面需要用到的GPIO 控制器组。

2.5.2. gpioinfo

gpioinfo 命令用于列出指定 gpiochip 的所有 line，以及它们的名称、使用者、方向、活动状态和其他标志。

语法:

gpioinfo [OPTIONS] <gpiochip> ...

选项[OPTIONS]:

• -h, –help ：查看帮助并退出

• -v, –version ：查看版本信息并退出

参数:

• <gpiochip>：指定 gpiochip，如 gpiochip0、gpiochip1，可同时输入多个参数。如果没有参数，则查询所有 gpiochip 的所有 line 的信息。

示例:

#查询gpiochip1
cat@lubancat:~$ sudo gpioinfo gpiochip1
gpiochip1 - 288 lines:
      line   0:      unnamed       unused   input  active-high
      line   1:      unnamed       unused   input  active-high
      line   2:      unnamed       unused   input  active-high
      ······

#可简化成sudo gpioinfo 1
cat@lubancat:~$ sudo gpioinfo 1
gpiochip1 - 288 lines:
      line   0:      unnamed       unused   input  active-high
      line   1:      unnamed       unused   input  active-high
      line   2:      unnamed       unused   input  active-high
      ······

2.5.3. gpioset

gpioset 命令用于设置指定的 GPIO line 的值。

语法:

gpioset [OPTIONS] <chip name/number> <offset1>=<value1> <offset2>=<value2> ...

选项[OPTIONS]:

• -l, –active-low ：设置低电平为有效电平

• -B, –bias=[as-is|disable|pull-down|pull-up] ：设置 bias（默认使用 as-is）

• -D, –drive=[push-pull|open-drain|open-source] ：设置驱动模式（默认使用 push-pull）

• -m, –mode=[exit|wait|time|signal] ：设置完成后的动作模式

• -s, –sec=SEC ：当使用 –mode=time 选项时，指定等到的时间（单位：秒）

• -u, –usec=USEC ：当使用 –mode=time 选项时，指定等到的时间（单位：微秒）

• -b, –background ：设置完成后与控制终端分离

• -h, –help ：查看帮助并退出

• -v, –version ：查看版本信息并退出

参数:

• <chip name/number>：指定 gpiochip，要使用板卡GPIO时需指定为gpiochip1/1。

• <offset>：行内偏移量，这里参数应该为上述GPIO的计算结果，如PC3引脚为67。

• <value>：参数为0和1，当高电平为有效电平（默认）时，1为高，0为低。

示例:

#设置PF6、PC3、PH7为高电平
cat@lubancat:~$ sudo gpioset 1 166=1 67=1 231=1

#设置PF6、PC3、PH7为低电平
cat@lubancat:~$ sudo gpioset 1 166=0 67=0 231=0

2.5.4. gpioget

gpioget 命令用于读取指定 GPIO line 的值。

语法:

gpioget [OPTIONS] <chip name/number> <offset 1> <offset 2> ...

选项[OPTIONS]:

• -l, –active-low ：设置低电平为有效电平

• -B, –bias=[as-is|disable|pull-down|pull-up] ：设置 bias（默认使用 as-is）

• -h, –help ：查看帮助并退出

• -v, –version ：查看版本信息并退出

参数:

• <chip name/number>：指定 gpiochip，要使用板卡GPIO时需指定为gpiochip1/1。

• <offset>：行内偏移量，这里参数应该为上述GPIO的计算结果，如PC3引脚为67。

示例:

#查看PF6、PC3、PH7引脚电平
cat@lubancat:~$ sudo gpioget 1 166 67 231
1 1 1

2.5.5. gpiomon

gpiomon 命令用于等待指定 GPIO line 上的事件，或指定要监视的事件。

语法:

gpiomon [OPTIONS] <chip name/number> <offset 1> <offset 2> ...

选项[OPTIONS]:

• -l, –active-low ：设置低电平为有效电平

• -B, –bias=[as-is|disable|pull-down|pull-up] ：设置 bias（默认使用 as-is）

• -n, –num-events=NUM ：处理完 NUM 个事件后退出

• -s, –silent ：不打印事件信息

• -r, –rising-edge ：只处理上升沿事件

• -f, –falling-edge ：只处理下降沿事件

• -b, –line-buffered ：将标准输出设置为行缓冲

• -F, –format=FMT ：指定输出格式（%o 为 GPIO 行内偏移量，%e 为事件类型，%s 为事件时间戳秒数部分，%n 为事件时间戳纳秒部分）

• -h, –help ：查看帮助并退出

• -v, –version ：查看版本信息并退出

参数:

• <chip name/number>：指定 gpiochip，要使用板卡GPIO时需指定为gpiochip1/1。

• <offset>：行内偏移量，这里参数应该为上述GPIO的计算结果，如PC3引脚为67。

示例:

#监控PF6、PC3、PH7引脚
cat@lubancat:~$ sudo gpiomon 1 166 67 231
event:  RISING EDGE offset: 166 timestamp: [1706690108.777860215]
event:  RISING EDGE offset: 67 timestamp: [1706690108.778006581]
event: FALLING EDGE offset: 67 timestamp: [1706690128.227108044]
event:  RISING EDGE offset: 67 timestamp: [1706690130.955410448]
event: FALLING EDGE offset: 231 timestamp: [1706690155.876559287]
event:  RISING EDGE offset: 231 timestamp: [1706690161.451626611]

2.6. C程序点灯

下面点灯程序以调用libgpiod库为例，演示板卡为LubanCat-A1。

2.6.1. 代码获取

#如之前有获取则可跳过
#获取仓库
git clone https://gitee.com/LubanCat/lubancat_allwinner_code_storage

#代码所在的位置
lubancat_allwinner_code_storage/quick_start/gpio

2.6.2. 安装libgpiod库

sudo apt install libgpiod-dev

2.6.3. 示例代码

代码较长复制粘贴容易乱序，可以下载我们提供的源码 led.c

quick_start/gpio/led.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <gpiod.h>

#define msleep(t) usleep((t)*1000)

int main(int argc, char const *argv[])
{
    struct gpiod_chip *gpiochip1;
    struct gpiod_line *led;
    struct gpiod_line_request_config config;
    int req;
    /* 板载LED灯：PF6=(F-1)*32+6=(6-1)*32+6=166 */
    int PF6=166;

    /* 打开 GPIO 控制器 */
    gpiochip1 = gpiod_chip_open("/dev/gpiochip1");
    if (!gpiochip1)
    {
        printf("gpiochip open error\n");
        return -1;
    }

    /* 获取PF6引脚 */
    led = gpiod_chip_get_line(gpiochip1, PF6);
    if (!led)
    {
        gpiod_chip_close(gpiochip1);
        printf("led get error.\n");
        return -1;
    }
    
    /* 配置引脚  输出模式 name为“led666” 初始电平为high*/
    req = gpiod_line_request_output(led, "led666", 1);
    if (req)
    {
        fprintf(stderr, "led request error.\n");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
        /* 设置引脚电平 */
        gpiod_line_set_value(led, 1);
        printf("led close\n"); //板载LED为低电平触发
        msleep(500);
        gpiod_line_set_value(led, 0);
        printf("led open\n");
        msleep(500);
    }

    return 0;
}

2.6.4. 编译运行

#编译，需要指明所需静态链接库，加上“-lgpiod”或者“-l gpiod”都行
gcc led.c -o led -lgpiod
#运行
./led

演示效果如下：

小技巧

此时板载LED灯会以1秒为闪烁周期进行闪烁

2.7. FAQs

Q1：当使用GPIO时出现 gpioset: error setting the GPIO line values: Device or resource busy 或者 -bash: echo: 写错误: 设备或资源忙

A1：说明GPIO被占用了，占用的原因可能是设备树里把该引脚作为gpio或者其他复用功能被使用了。