gpio接口是干什么的?gpio怎么用?

gpio接口是干什么的?gpio怎么用?

一、gpio用途

每个GPIO端口可通过软件分别配置成输入或输出。Maxim的GPIO产品线包括8端口至28端口的GPIO，提供推挽式输出或漏极开路输出。提供微型3mm x 3mm QFN封装。

不同系统间的GPIO的确切作用不同。通用常有下面几种：

2.输入值可读（1，0）。一些芯片支持输出管脚回读，这在线或的情况下非常有用（以支持双向信号线）。GPIO控制器可能具有一个输入防故障/防反跳逻辑，有时还会有软件控制。

3.输入经常被用作中断信号，通常是边沿触发，但也有可能是电平触发。这些中断可以配置为系统唤醒事件，从而将系统从低功耗模式唤醒。

4.一个GPIO经常被配置为输入/输出双向，根据不同的产品单板需求，但也存在单向的情况。

5.大多是GPIO可以在获取到spinlock自旋锁时访问，但那些通过串行总线访问的通常不能如此操作（休眠的原因）。一些系统中会同时存在这两种形式的GPIO。

二、gpio优点

集成IIC从机接口：GPIO内置IIC从机接口，即使在待机模式下也能够全速工作。

小封装：GPIO器件提供最小的封装尺寸 ― 3mm x 3mm QFN！

低成本：您不用为没有使用的功能买单。

快速上市：不需要编写额外的代码、文档，不需要任何维护工作。

灵活的灯光控制：内置多路高分辨率的PWM输出。

可预先确定响应时间：缩短或确定外部事件与中断之间的响应时间。

更好的灯光效果：匹配的电流输出确保均匀的显示亮度。

GPAUP 没有上拉电阻。

三、GPIO系统结构

如前面提醒的一样，一个可选的实现结构使得平台支持不同种类的GPIO控制器使用同一个编程接口变得简单。这个结构称为gpiolib。

作为一个调试目的，如果debugfs有效，一个/sys/kernel/debug/gpio文件在那里将被找到。它列出了所有的通过这个结构注册的GPIO控制器，和GPIO当前的使用状态。

Controller Drivers： gpio_chip

控制器驱动：gpio_chip

在这个架构中，每个GPIO控制器被封装为一个“gpio_chip”结构体，此结构体中包含了每个控制器的通用信息：

--确定GPIO方向的方法

--存取GPIO值的方法

--可选的debugfs dump方法（展现附加的状态如上拉配置等）

--用于诊断目的的标签

每个实例也有自己的私有数据，可能来自device.platform_data：它的第一个GPIO和它暴露几个GPIO.

平台支持

他也可以提供一个自定义的值：ARCH_NR_GPIOS，以便能更好的反映平台实际使用的GPIO数目，并不浪费静态区域空间。（它应该计数 内建/SOC GPIO和GPIO扩展器扩展的数目）

ARCH_REQUIRE_GPIOLIB意味着此平台上gpiolib代码将永久编译进内核

如果这些选项都未被选上，平台不能通过GPIO-lib支持GPIO，这些代码也不能被用户使能。

那些函数琐细的实现可以直接使用架构代码，它们经常通过gpio_chip分配：

#define gpio_get_value__gpio_get_value

#define gpio_set_value__gpio_set_value

#define gpio_cansleep__gpio_cansleep

对于SOC来说，平台特定的代码为每个bank的片上GPIO定义和注册了gpio_chip实例。那些GPIO应该被编号和打上标签以匹配芯片厂商文档，且直接匹配单板设计图。他们可以从零开始一直到平台特定的限制。这些GPIO通常集成到单板初始化过程中以使得它们总是有效的，从arch_initcall（）到更早，它们总是可以为中断服务。

板级支持

例如，单板setup代码可以创建结构标示芯片想要暴露的GPIO的范围，且使用platform_data传递它们到每个GPIO扩展器芯片。这样芯片驱动的probe（）历程可以传递这些数据到gpiochip_add（）。

初始化顺序是很重要的。例如当一个依赖于基于I2C的GPIO的设备，它的probe（）例程应该仅能在GPIO有效后调用。这意味着设备不能在GPIO可以工作之前注册。一个解决这样依赖的方法是在板级特定代码中，对于这种gpio_chip控制器来提供setup（）和teardown（）回调，这些板级特定的回调将注册设备一旦所有的需要资源有效时，并且在GPIO控制器无效时将它们移除。

用户空间的Sysfs接口（可选）

使用gpiolib实现结构的平台可以选择为GPIO配置一个sysfs用户接口。这与debugfs接口不同，因为它提供了覆盖GPIO方向和值的控制而不只是显示一个gpio状态信息摘要。另外，它可以在产品系统中提供而不需要调试支持。

为系统给出对应的硬件文档，用户空间可以知道例如GPIO#23控制着保护线，用于保护flash中的boot区域。系统升级程序可能需要临时移除这个保护，首先引入一个GPIO，然后改变它的输出状态，接下来在重新使能写保护之前升级代码。通常用法中，GPIO#23将不会被触碰，并且内核也不需知道它的信息。

同样依靠一个合适的硬件文档，在一些系统用户空间，GPIO可以被用于决定那些内核并不关心的系统配置数据。对于一些任务，简单用户空间GPIO驱动是系统真正需要的

注意，针对通用“LED和按钮”的标准内核驱动存在对应的GPIO任务“leds-gpio”和“gpio-keys”。使用它们代替直接与GPIO通话，它们集成在内核架构比你的用户态代码可能更好。

Paths in Sysfs

Sysfs路径

There are three kinds of entry in /sys/class/gpio：

/sys/class/gpio有3个入口条目：

-控制接口用于用户空间获取GPIO控制

-GPIO自己

-GPIO控制器（“gpio_chip”实例）

这是对于标准文件的补充，包括“device”符号

控制接口是只写的：

/sys/class/gpio/

“export” ————通过写GPIO的号码到此文件，用户空间可以要求内核导出一个GPIO的控制到用户空间

例如：“echo 19 》 export”将创建一个GPIO #19的“gpio19”节点（假设内核代码未申请此GPIO号）。

“unexport”————与“export”效果相反

例如：“echo 19 》 unexport”将移除一个由“export”文件导出的“gpio19”节点。

GPIO信号拥有如/sys/class/gpio/gpio42/（对应于GPIO#42）的路径，并且具有下列读写属性：

/sys/class/gpio/gpioN/

“direction”————读为“in”或是“out”。这个值通常可写。写“out”默认初始化此值为低。为了确定无障碍操作，值“low”和“high”可以被写入以配置GPIO的输出初始化值。

注意这个属性“将不存在”如果内核不支持改变一个GPIO的方向，或者它不能被内核代码导出（不能显式的允许用户空间来重新配置GPIO的选项。）

“value”—————读作“0”（低）或“1”（高）。如果GPIO被配置为一个输出，这个值可写;任何非零值均被视为高。

如果管脚可以被配置为中断产生中断管脚，且如果它已经被配置为产生中断（参考“edge”描述），你可以poll（2）此文件并且当中断触发时poll（2）将返回。如果你使用了poll（2），设置POLLPRI和POLLERR事件。如果你使用select（2），在exceptfds中设置文件描述符。在poll（2）返回之后，有两个选择一是lseek（2）到sysfs文件的开始且读新的值，另一个是关闭文件且重打开它来读取新的值。（为何这样设置？）

这个文件只在管脚可以配置为中断产生输入管脚时存在。

“active_low”————读为0（false）或1（true）。写任何非零值都会反转读或写的值。目前和后来的poll（2）支持经由edge属性配置为“rising”或“falling”上升沿或下降沿将遵循这个设置。

GPIO控制器具有如/sys/class/gpio/gpiochip42/（针对控制器，实现GPIO开始于#42）的路径，且具有下列制度属性：

/sys/class/gpio/gpiochipN/

“base”————与N相等，是第一个被此芯片管理的GPIO

“label”————提供用于诊断（并不总是独一无二的）

“ngpio”————管理的GPIO数（N到N+ngpio-1）

大多数情况下，单板文档应该提供GPIO的使用目的。虽然如此这些号码并非总是固定的，一个子板上的GPIO可能与基础板使用的不同。此种情况下，你可能需要使用gpiochip节点（可能与设计结合）来为每个信号决定正确的GPIO号码。

从内核代码中导出

内核代码可以显式管理那些使用gpio_request（）申请的GPIO的导出

int gpio_export（unsigned gpio， bool direction_may_change）;

/* reverse gpio_export（） */

void gpio_unexport（）;

/* create a sysfs link to an exported GPIO node */

int gpio_export_link（struct device *dev， const char *name，

unsigned gpio）

/* change the polarity of a GPIO node in sysfs */

int gpio_sysfs_set_active_low（unsigned gpio， int value）;

一个内核驱动申请一个GPIO后，它可以使用gpio_export（）使得sysfs接口有效。驱动可以控制信号方向是否可以改变。这使得驱动可以防止用户空间代码不小心冲击重要的系统状态。

明确的exporting有助于调试（使得一些实验更简单），或是提供一个总是可以使用的接口，适合于bsp文档。

GPIO被导出后，gpio_export_link（）允许在sysfs的任何地方创建GPIO sysfs节点的符号链接。驱动可以用此在它们自己设备sysfs目录下提供指定名字的接口（链接到GPIO节点）

驱动可以使用gpio_sysfs_set_active_low（）隐藏GPIO在用户空间和单板之间的线极性不同。这仅影响sysfs接口。极性变换可以在gpio_export（）之前和之后完成，并且前面使能的poll（2） （支持上升沿或下降沿事件）将被重新配置为遵循此设置。

四、GPIO使用方法

要使用GPIO，系统首先要分配一个GPIO，使用gpio_request（） 为系统分配一个GPIO。

接下来要做的一件事是标示GPIO的方向，通常在使用GPIO建立一个platform_device时（位于单板的setup代码中）：

/* set as input or output， returning 0 or negative errno */

int gpio_direction_input（unsigned gpio）;

int gpio_direction_output（unsigned gpio， int value）;

返回0标示成功，或是一个负的errno错误码。它应该被检查，因为get/set调用没有错误返回，且可能会有错误配置。你通常应该在线程上下文中使用这些调用。虽然如此，对于spinlock-safe的GPIO，在tasking使能之前使用也是可以的，作为一个早期的单板建立。

对于输出GPIO，value参数提供了初始输出值。这有助于避免系统启动过程中的信号干扰。

为了与GPIO早期的接口兼容，设置一个GPIO的方向，隐性要求申请GPIO。这个兼容性从可选的gpiolib架构中移除了。

Spinlock-Safe GPIO访问

-------------------------

大多数GPIO控制器可以使用内存读写指令访问。它们不需要休眠，且可以从内部硬件中断处理（非线程）和类似的上下文环境安全完成。

使用下列调用访问这些GPIO，此时gpio_cansleep将总是返回错误

/* GPIO INPUT： return zero or nonzero */

int gpio_get_value（unsigned gpio）;

/* GPIO OUTPUT */

void gpio_set_value（unsigned gpio， int value）;

其中，value是一个布尔型参数，零表示低，非零表示高。当读一个输出管脚的值时，返回的值应该是在管脚上看到的值。。。这并不总是与指定输出值相匹配的，因为存在开漏信号和输出延迟问题。

get/set调用没有错误返回，因为“无效GPIO”应该已经由gpio_direction_*（）提早报告了。虽然如此，并非所有的平台都可以读取输出管脚的值，那些不能读的应该总是返回零。同时，对那些可能导致睡眠的GPIO使用这些接口是一个错误。

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