linux的GPIO驱动的使用（s5pv210）

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开发板：TQ210         内核版本：2.6.35

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这段时间一直在学习linux的驱动，大部分的学习资料都是来自网络论坛、博客。这类资料往往不够系统，全面，且好多资料都是相互拷贝，重复的。因此，学了这么长时间，感觉好没有条理，总是东看一点西看一点，看完也说不出个所以然。不知道大家有没有好的学习方法，或者学习资料可以推荐一下，在此先谢谢各位。

回过头来，看了这么久的驱动，好像还没看GPIO的驱动。控制开发板的IO口应该是嵌入式开发最基础的操作了，那么，如何在应用程序中使用GPIO呢，即如何使用GPIO驱动？网上找资料学习了下，今天就把学到的东西做个总结。

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如何在应用程序中操作GPIO？这里有两种方法：

方法1：使用/sys/class/gpio目录下的文件。找到你想控制的gpio引脚对应的目录，对该目录下的文件进操作。

方法2：使用内核提供的gpio驱动的接口，自己再写一个驱动，利用自己写的驱动来控制GPIO（后面以LED驱动为例）。

下面详细介绍一下这两种方法。

方法1：详见http://www.tuicool.com/articles/mmaARfu 写的非常详细，很好的文章。

/sys/class/gpio目录下有两类目录：gpioxx和gpiochipxx        两个文件：export和unexport

介绍上面这几个目录和文件之前，先介绍一些s5pv210的GPIO引脚的分组与引脚编号。如下图所示：

210有好几百个GPIO口，并对这些IO口进行了分组，如属于通用IO组的GPA0、GPA0、GPB、GPC0、GPC1等，属于memory port引脚的MP0_1、MP0_2等。每个引脚都有自己的编号，且引脚编号按着上图的分组递增。在linux系统中，这些编号即在组内线性递增，也是跟随分组线性递增的。即num(GPA0_4) =num(GPA0_3)+1，且num(GPA1_0)=num(GPA0_7)+1。而方法一就是根据引脚在linux系统中的编号来控制引脚。想要控制某个IO口，就必须先知道它在linux系统中的编号。

每个组的第一个引脚的编号称为start 。由此可知，只要知道每组第一个引脚的编号start，加上这个引脚在组内的偏移量，就能得到该引脚的编号。例如，要确定GPB_3引脚的编号，首先得确定GPB_0引脚的编号start，start+3就是GPB_3引脚的编号。说到这里，可知，确定某个引脚的编号的关键是确定该引脚所在组的start。

如何计算每个组的start编号，可以参考内核源码的两个文件：\arch\arm\mach-s5pv210\include\mach\Gpio.h    和arch\arm\mach-s5pv210\Gpiolib.c。

210的GPIO口在linux中的分组情况可以看如下代码：

arch\arm\mach-s5pv210\Gpiolib.c：

/*
 * Following are the gpio banks in v210.
 *
 * The 'config' member when left to NULL, is initialized to the default
 * structure gpio_cfg in the init function below.
 *
 * The 'base' member is also initialized in the init function below.
 * Note: The initialization of 'base' member of s3c_gpio_chip structure
 * uses the above macro and depends on the banks being listed in order here.
 */
static struct s3c_gpio_chip s5pv210_gpio_4bit[] = {
	{
		.chip	= {
			.base	= S5PV210_GPA0(0),
			.ngpio	= S5PV210_GPIO_A0_NR,
			.label	= "GPA0",
			.to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
		},
	}, {
		.chip	= {
			.base	= S5PV210_GPA1(0),
			.ngpio	= S5PV210_GPIO_A1_NR,
			.label	= "GPA1",
			.to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
		},
	}, {
		.chip	= {
			.base	= S5PV210_GPB(0),
			.ngpio	= S5PV210_GPIO_B_NR,
			.label	= "GPB",
			.to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
		},
	}, {
		.chip	= {
			.base	= S5PV210_GPC0(0),
			.ngpio	= S5PV210_GPIO_C0_NR,
			.label	= "GPC0",
			.to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
		},
	}, {
		.chip	= {
			.base	= S5PV210_GPC1(0),
			.ngpio	= S5PV210_GPIO_C1_NR,
			.label	= "GPC1",
			.to_irq = s5p_gpiolib_gpioint_to_irq,
		}........</span>

<span style="font-size:14px;">.chip	= {
			.base	= S5PV210_GPA0(0),
			.ngpio	= S5PV210_GPIO_A0_NR,
</span><pre name="code" class="cpp"><span style="font-size:14px;"><span style="white-space:pre">			</span>.label	= "GPA0",</span>

重点是如何求出每个组的start编号，即上面chip中的base的值。以上面那个chip来说，就是要搞清楚 S5PV210_GPA0(0)所代表的值，它是一个宏定义。看如下代码：

\arch\arm\mach-s5pv210\include\mach\Gpio.h：

/* S5PV210 GPIO number definitions */
#define S5PV210_GPA0(_nr)	(S5PV210_GPIO_A0_START + (_nr))
#define S5PV210_GPA1(_nr)	(S5PV210_GPIO_A1_START + (_nr))
#define S5PV210_GPB(_nr)	(S5PV210_GPIO_B_START + (_nr))
#define S5PV210_GPC0(_nr)	(S5PV210_GPIO_C0_START + (_nr))
#define S5PV210_GPC1(_nr)	(S5PV210_GPIO_C1_START + (_nr))
#define S5PV210_GPD0(_nr)	(S5PV210_GPIO_D0_START + (_nr))
#define S5PV210_GPD1(_nr)	(S5PV210_GPIO_D1_START + (_nr))
#define S5PV210_GPE0(_nr)	(S5PV210_GPIO_E0_START + (_nr))
#define S5PV210_GPE1(_nr)	(S5PV210_GPIO_E1_START + (_nr))
#define S5PV210_GPF0(_nr)	(S5PV210_GPIO_F0_START + (_nr))
#define S5PV210_GPF1(_nr)	(S5PV210_GPIO_F1_START + (_nr))
#define S5PV210_GPF2(_nr)	(S5PV210_GPIO_F2_START + (_nr))
#define S5PV210_GPF3(_nr)	(S5PV210_GPIO_F3_START + (_nr))

/* GPIO bank numbers */

/* CONFIG_S3C_GPIO_SPACE allows the user to select extra
 * space for debugging purposes so that any accidental
 * change from one gpio bank to another can be caught.
*/

<span style="color:#ff0000;">#define S5PV210_GPIO_NEXT(__gpio) 	((__gpio##_START) + (__gpio##_NR) + CONFIG_S3C_GPIO_SPACE + 1)
</span>
enum s5p_gpio_number {
	S5PV210_GPIO_A0_START	= 0,
	S5PV210_GPIO_A1_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_A0),
	S5PV210_GPIO_B_START 	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_A1),
	S5PV210_GPIO_C0_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_B),
	S5PV210_GPIO_C1_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_C0),
	S5PV210_GPIO_D0_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_C1),
	S5PV210_GPIO_D1_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_D0),
	S5PV210_GPIO_E0_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_D1),
	S5PV210_GPIO_E1_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_E0),
	S5PV210_GPIO_F0_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_E1),
	S5PV210_GPIO_F1_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_F0),
	S5PV210_GPIO_F2_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_F1),
	S5PV210_GPIO_F3_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_F2),
	S5PV210_GPIO_G0_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_F3),
	S5PV210_GPIO_G1_START	= S5PV210_GPIO_NEXT(S5PV210_GPIO_G0),
...........

而S5PV210_GPIO_NEXT是宏定义：

#define S5PV210_GPIO_NEXT(__gpio)     ((__gpio##_START) + (__gpio##_NR) +CONFIG_S3C_GPIO_SPACE+ 1)

CONFIG_S3C_GPIO_SPACE是一个宏定义，它的值为0 。上面这句意思是：

该组的start编号 = 上一组的start编号 + 上一组的引脚数量 + 0 + 1。这也就印证了上文说的“引脚编号随着分组线性递增”。

讲完了引脚的分组与编号，接着分析/sys/class/gpio目录下的文件：

两类目录：gpioxx和gpiochipxx        两个文件：export和unexport

（1）gpioxx目录

gpioxx是第xx号引脚对应的文件夹，即代表第xx号引脚，xx是引脚编号。目录里是该引脚的一些属性文件，比如active_low、

value、direction、edge等文件，从文件名也能大概知道文件含义。若要操作该引脚，只要对这些属性文件进行相应的读写即可。

比如要控制3号引脚（假设为GPA0_3），找到gpio3目录，对该目录下的相关文件进行读写。例如要配置3号引脚为输出模式，则

向目录下的direction文件写"out"，若要让3号引脚输出高电平，则向value文件写1。

（2）gpiochipxx目录

xx是组号，也等于该组第一个引脚的编号，即start编号。该目录是第xx组引脚的目录，里面含有第xx组引脚的一些属性文件。

比如：base、label、ngpio等。base文件里存放的是该组的组号，即该组第一个引脚的编号（GPX_0的编号）；label文件里存放的是该组的名称；ngpio文件里存放的是该组的引脚数量。这些文件里的内容都能读出来。如下图所示，我在串口中断用cat 命令读出gpiochip0目录下的这些文件的内容

从上图可知，该组引脚时GPA0组引脚，GPA0组有8个引脚，GPA0_0的引脚编号是0。

（3）export文件

一个GPIO引脚，若要让他能在用户空间使用，必须先将其导出。如何导出？将该引脚编号写入导出文件即可。顾名思义，export就是这个导出文件。将引脚编号xx写入export文件后，/sys/class/gpio目录下会自动生成该引脚的目录gpioxx。

 (4) unexport文件

该文件功能与export相反。若将引脚编号写入ubexport文件，则该引脚将无法在用户空间使用。将引脚编号xx写入unexport之后，/sys/class/gpio目录下的gpioxx目录会被自动删除。

注意：

有可能你的/sys/class/gpio目录下没有gpioxx目录，只有gpiochipxx目录、export文件、unexport文件。那是因为事先没有导出引脚编号，只要将要控制的引脚编号写入unexport文件，就会自动生成gpioxx目录。如下图，我在串口中断使用echo命令来导出0号引脚：

原本没有gpioxx目录，只有gpiochipxx目录。导出之后，出现了gpio0目录，只要读写该目录下的相关文件，就能控制第0号引脚。

也有可能出现这种情况：你将某引脚的编号xx写入了export文件，但是却没有出现gpioxx目录，多半因为这个引脚已经被占用了，当你用gpio_free(...)函数释放该引脚后，再将引脚编号写入export文件即可。

总结方法一：

（1）根据你要控制的引脚名称，确定该引脚编号。可以先确定所属组号，然后加上组内偏移量。

（2）确保你要控制的引脚已经导出了。若没有，将引脚编号写入/sys/class/gpio目录下的export文件。

（3）进入/sys/class/gpio/gpioxx目录，根据你的目的，打开相关文件，读写相关文件。

范例代码如下：

/* Copyright (c) 2011, RidgeRun
 * All rights reserved.
 * 
 * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
 * modification, are permitted provided that the following conditions are met:
 * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
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 *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
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 * ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
 * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
 * SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <poll.h>

 /****************************************************************
 * Constants
 ****************************************************************/
 
#define SYSFS_GPIO_DIR "/sys/class/gpio"
#define POLL_TIMEOUT (3 * 1000) /* 3 seconds */
#define MAX_BUF 64

/****************************************************************
 * gpio_export
 ****************************************************************/
int gpio_export(unsigned int gpio)
{
  int fd, len;
  char buf[MAX_BUF];
 
  fd = open(SYSFS_GPIO_DIR "/export", O_WRONLY);
  if (fd < 0) {
    perror("gpio/export");
    return fd;
  }
 
  len = snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", gpio);
  write(fd, buf, len);
  close(fd);
 
  return 0;
}

/****************************************************************
 * gpio_unexport
 ****************************************************************/
int gpio_unexport(unsigned int gpio)
{
  int fd, len;
  char buf[MAX_BUF];
 
  fd = open(SYSFS_GPIO_DIR "/unexport", O_WRONLY);
  if (fd < 0) {
    perror("gpio/export");
    return fd;
  }
 
  len = snprintf(buf, sizeof(buf), "%d", gpio);
  write(fd, buf, len);
  close(fd);
  return 0;
}

/****************************************************************
 * gpio_set_dir
 ****************************************************************/
int gpio_set_dir(unsigned int gpio, unsigned int out_flag)
{
  int fd, len;
  char buf[MAX_BUF];
 
  len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR  "/gpio%d/direction", gpio);
 
  fd = open(buf, O_WRONLY);
  if (fd < 0) {
    perror("gpio/direction");
    return fd;
  }
 
  if (out_flag)
    write(fd, "out", 4);
  else
    write(fd, "in", 3);
 
  close(fd);
  return 0;
}

/****************************************************************
 * gpio_set_value
 ****************************************************************/
int gpio_set_value(unsigned int gpio, unsigned int value)
{
  int fd, len;
  char buf[MAX_BUF];
 
  len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%d/value", gpio);
 
  fd = open(buf, O_WRONLY);
  if (fd < 0) {
    perror("gpio/set-value");
    return fd;
  }
 
  if (value)
    write(fd, "1", 2);
  else
    write(fd, "0", 2);
 
  close(fd);
  return 0;
}

/****************************************************************
 * gpio_get_value
 ****************************************************************/
int gpio_get_value(unsigned int gpio, unsigned int *value)
{
  int fd, len;
  char buf[MAX_BUF];
  char ch;

  len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%d/value", gpio);
 
  fd = open(buf, O_RDONLY);
  if (fd < 0) {
    perror("gpio/get-value");
    return fd;
  }
 
  read(fd, &ch, 1);

  if (ch != '0') {
    *value = 1;
  } else {
    *value = 0;
  }
 
  close(fd);
  return 0;
}


/****************************************************************
 * gpio_set_edge
 ****************************************************************/

int gpio_set_edge(unsigned int gpio, char *edge)
{
  int fd, len;
  char buf[MAX_BUF];

  len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%d/edge", gpio);
 
  fd = open(buf, O_WRONLY);
  if (fd < 0) {
    perror("gpio/set-edge");
    return fd;
  }
 
  write(fd, edge, strlen(edge) + 1); 
  close(fd);
  return 0;
}

/****************************************************************
 * gpio_fd_open
 ****************************************************************/

int gpio_fd_open(unsigned int gpio)
{
  int fd, len;
  char buf[MAX_BUF];

  len = snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%d/value", gpio);
 
  fd = open(buf, O_RDONLY | O_NONBLOCK );
  if (fd < 0) {
    perror("gpio/fd_open");
  }
  return fd;
}

/****************************************************************
 * gpio_fd_close
 ****************************************************************/

int gpio_fd_close(int fd)
{
  return close(fd);
}

/****************************************************************
 * Main
 ****************************************************************/
int main(int argc, char **argv, char **envp)
{
  struct pollfd fdset[2];
  int nfds = 2;
  int gpio_fd, timeout, rc;
  char *buf[MAX_BUF];
  unsigned int gpio;
  int len;



  if (argc < 2) {
    printf("Usage: gpio-int <gpio-pin>\n\n");
    printf("Waits for a change in the GPIO pin voltage level or input on stdin\n");
    exit(-1);
  }

  gpio = atoi(argv[1]);

  gpio_export(gpio);
  gpio_set_dir(gpio, 0);
  gpio_set_edge(gpio, "rising");
  gpio_fd = gpio_fd_open(gpio);

  timeout = POLL_TIMEOUT;
 
  while (1) {
    memset((void*)fdset, 0, sizeof(fdset));

    fdset[0].fd = STDIN_FILENO;
    fdset[0].events = POLLIN;
      
    fdset[1].fd = gpio_fd;
    fdset[1].events = POLLPRI;

    rc = poll(fdset, nfds, timeout);      

    if (rc < 0) {
      printf("\npoll() failed!\n");
      return -1;
    }
      
    if (rc == 0) {
      printf(".");
    }
            
    if (fdset[1].revents & POLLPRI) {
      len = read(fdset[1].fd, buf, MAX_BUF);
      printf("\npoll() GPIO %d interrupt occurred\n", gpio);
    }

    if (fdset[0].revents & POLLIN) {
      (void)read(fdset[0].fd, buf, 1);
      printf("\npoll() stdin read 0x%2.2X\n", (unsigned int) buf[0]);
    }

    fflush(stdout);
  }

  gpio_fd_close(gpio_fd);
  return 0;
}

http://www.tuicool.com/articles/mmaARfu  这里讲的很清楚，也很全面。严重推荐。

关于方法二，下篇文章介绍。

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作者：Andoubi

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