7. 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子上的GPIO。

7.1. 方式一：使用GPIO sysfs接口控制IO¶

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。

使用方式请参考以下链接：《野火Linux基础教程-控制蜂鸣器》

7.2. 方式二：使用libgpiod控制IO¶

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，需要在开发板上安装libgpiod库。

 #安装libgpiod库及头文件
 sudo apt install  libgpiod-dev

 #安装gpiod 命令行工具
 sudo apt install gpiod

7.2.1. 命令行控制¶

常用的命令行如下，可使用 -h 查看命令相对应的使用说明

**libgpiod命令**¶
命令	作用	使用举例	说明
gpiodetect	列出所有的GPIO控制器	gpiodetect(无参数)	列出所有的GPIO控制器
gpioinfo	列出gpio控制器的引脚情况	gpioinfo 4	列出gpio4控制器引脚组情况
gpioset	设置gpio	gpioset 4 19=0	设置gpio4组编号19引脚为低电平
gpioget	获取gpio引脚状态	gpioget 4 1	获取gpio4组编号1的引脚状态
gpiomon	监控gpio的状态	gpiomon 4 1	监控gpio4组编号1的引脚状态

重要

不是所有的引脚都能够使用libgpiod控制，例如led之类的一些已经被使用的引脚。

7.2.2. 使用libgpiod编程¶

若想要在PC上交叉编译出能运行在板子的应用程序，交叉链接时使用的libgpiod库要与开发板的匹配，可以直接把开发板的库拷贝到PC上链接使用。

开发板安装好ligpiod-dev后，可以通过以下命令找到具体的头文件和库文件：

 # 在开发板上查找libgpiod库
 dpkg -L libgpiod-dev
 # 以下是输出
 /usr/include/gpiod.h
 /usr/lib/arm-linux-gnueabihf/libgpiod.a
 /usr/lib/arm-linux-gnueabihf/libgpiod.so

查找结果中的gpiod.h、libgpiod.so和libgpiod.a就是开发板使用的头文件、动态和静态链接库，它是debian 10 buster默认apt安装的版本。

为方便使用，我们已拷贝到配套代码中：debian buster 的libgpiod头文件和库。

常用的libgpiod API(C库)如下所示：

Source/libgpio_beep/libgpiod/gpiod.h文件¶

 //成员变量
 struct gpiod_chip;      //GPIO组句柄
 struct gpiod_line;      //GPIO引脚句柄

 //获取GPIO控制器(GPIO组)
 struct gpiod_chip *gpiod_chip_open(const char *path);

 //获取GPIO引脚
 struct gpiod_line * gpiod_chip_get_line(struct gpiod_chip *chip, unsigned int offset);

 //设置引脚方向为输入模式
 int gpiod_line_request_input(struct gpiod_line *line,const char *consumer);

 //设置引脚为输出模式
 int gpiod_line_request_output(struct gpiod_line *line,const char *consumer, int default_val)

 //设置引脚的高低电平
 int gpiod_line_set_value(struct gpiod_line *line, int value);

 //读取引脚状态
 int gpiod_line_get_value(struct gpiod_line *line);

 //释放GPIO引脚
 void gpiod_line_release(struct gpiod_line *line);

 //关闭GPIO组句柄并释放所有分配的资源。
 void gpiod_chip_close(struct gpiod_chip *chip);

根据上面libgpiod提供API，编写了以下控制蜂鸣器的程序(蜂鸣器的所在的引脚为PC13)，其源码如下：

Source/libgpio_beep/beep.c文件¶

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

 int main(int argc, char **argv)
 {
     int i;
     int ret;

     struct gpiod_chip * chip;      //GPIO控制器句柄
     struct gpiod_line * line;      //GPIO引脚句柄

     /*获取GPIO控制器*/
     chip = gpiod_chip_open("/dev/gpiochip2");
     if(chip == NULL)
     {
         printf("gpiod_chip_open error\n");
         return -1;
     }

     /*获取GPIO引脚*/
     line = gpiod_chip_get_line(chip, 13);
     if(line == NULL)
     {
         printf("gpiod_chip_get_line error\n");
         goto release_line;
     }

     /*设置GPIO为输出模式*/
     ret = gpiod_line_request_output(line,"beep",0);
     if(ret < 0)
     {
         printf("gpiod_line_request_output error\n");
         goto release_chip;
     }

     for(i = 0;i<10;i++)
     {
         gpiod_line_set_value(line,1);
         usleep(500000);  //延时0.5s
         gpiod_line_set_value(line,0);
         usleep(500000);
     }

 release_line:
     /*释放GPIO引脚*/
     gpiod_line_release(line);

 release_chip:
     /*释放GPIO控制器*/
     gpiod_chip_close(chip);


     return 0;
 }

编译程序时需指定libgpiod库及路径头文件路径(不使用交叉编译时并不需要指定路径)。

 #方式一：手动编译，需要指定libgpiod库的头文件路径以及动态库路径
 arm-linux-gnueabihf-gcc beep beep.c  -lgpiod -L./libgpiod/ -I./libgpiod/

 #方式二：直接用本文档配套的代码，它包含了makefile，在Source/libgpio_beep目录下直接通过make编译
 make

7.3. 参考资料¶