Linux下用文件IO的方式操作GPIO，/sys/class/gpio

一、概述

　　通过 sysfs 方式控制 GPIO，先访问 /sys/class/gpio 目录，向 export 文件写入 GPIO 编号，使得该 GPIO 的操作接口从内核空间暴露到用户空间，GPIO 的操作接口包括 direction 和 value 等，direction 控制 GPIO 方向，而 value 可控制 GPIO 输出或获得 GPIO 输入。文件 IO 方式操作 GPIO，使用到了4个函数 open、close、read、write。

　　首先，看看系统中有没有“/sys/class/gpio”这个文件夹。如果没有请在编译内核的时候加入：

Device Drivers -> 
        GPIO Support ->
                /sys/class/gpio/… (sysfs interface)。

二、/sys/class/gpio 的使用说明

　　如果是在已经适配好的 Linux 内核上，那么相信已经有了完成的 gpiochip，可以在用户空间 /sys/class/gpio 目录下看到如下文件：

export
gpiochip0/
gpiochip32/
gpiochip64/
gpiochip96/
unexport

说明：

1、gpio_operation 通过 /sys/ 文件接口操作 IO 端口 GPIO 到文件系统的映射。

2、控制 GPIO 的目录位于 /sys/class/gpio。

3、/sys/class/gpio/export 文件用于通知系统需要导出控制的 GPIO 引脚编号。

4、/sys/class/gpio/unexport 用于通知系统取消导出。

5、/sys/class/gpio/gpiochipX 目录保存系统中 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。

三、导出一个引脚的操作步骤

1、首先计算此引脚编号。

引脚编号 = 控制引脚的寄存器基数 + 控制引脚寄存器位数 
举个栗子（具体 GPIO 需要参考数据手册），如果使想用 GPIO1_20，那么引脚编号就可能等于 1 x 32 + 20 = 54。

2、向 /sys/class/gpio/export 写入此编号，比如12号引脚，在 shell 中可以通过以下命令实现：

echo 12 > /sys/class/gpio/export

命令成功后生成 /sys/class/gpio/gpio12 目录，如果没有出现相应的目录，说明此引脚不可导出。

3、direction 文件，定义输入输入方向，可以通过下面命令定义为输出。

echo out > /sys/class/gpio/gpio12/direction

direction 接受的参数可以是：in、out、high、low。其中参数 high / low 在设置方向为输出的同时，将 value 设置为相应的 1 / 0。

4、value 文件是端口的数值，为1或0，通过下面命令将 gpio12 设置为高电平。

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio12/value

四、重温几个简单的例子

1、导出

echo 44 > /sys/class/gpio/export

2、设置方向

 echo out > /sys/class/gpio/gpio44/direction

3、查看方向

cat /sys/class/gpio/gpio44/direction

4、设置输出

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio44/value

5、查看输出值

cat /sys/class/gpio/gpio44/value

6、取消导出

echo 44 > /sys/class/gpio/unexport

五、文件读写例程

1、在用户空间使用

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

//芯片复位引脚: P1_16
#define SYSFS_GPIO_EXPORT           "/sys/class/gpio/export"  
#define SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL      "48"   
#define SYSFS_GPIO_RST_DIR          "/sys/class/gpio/gpio48/direction"
#define SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL      "OUT"  
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL          "/sys/class/gpio/gpio48/value"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_H        "1"
#define SYSFS_GPIO_RST_VAL_L        "0"

int main() 
{ 
    int fd; 

         //打开端口/sys/class/gpio# echo 48 > export
         fd = open(SYSFS_GPIO_EXPORT, O_WRONLY);
         if(fd == -1)
         {
                   printf("ERR: Radio hard reset pin open error.\n");
                   return EXIT_FAILURE;
         }
         write(fd, SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL ,sizeof(SYSFS_GPIO_RST_PIN_VAL)); 
         close(fd); 

         //设置端口方向/sys/class/gpio/gpio48# echo out > direction
         fd = open(SYSFS_GPIO_RST_DIR, O_WRONLY);
         if(fd == -1)
         {
                   printf("ERR: Radio hard reset pin direction open error.\n");
                   return EXIT_FAILURE;
         }
         write(fd, SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_DIR_VAL)); 
         close(fd); 

         //输出复位信号: 拉高>100ns
         fd = open(SYSFS_GPIO_RST_VAL, O_RDWR);
         if(fd == -1)
         {
                   printf("ERR: Radio hard reset pin value open error.\n");
                   return EXIT_FAILURE;
         }       
         while(1)
         {
                   write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_H, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_H));
                   usleep(1000000);
                   write(fd, SYSFS_GPIO_RST_VAL_L, sizeof(SYSFS_GPIO_RST_VAL_L));
                   usleep(1000000);
         }
         close(fd);

         printf("INFO: Radio hard reset pin value open error.\n");
         return 0;

} 

除了上述例程的操作方法外，我们还可以有更简单地做法，就是编写 Shell 脚本。例如：

#!/bin/bash

echo 48 > /sys/class/gpio/gpio48/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio48/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio48/value
usleep 1000
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio48/value

2、在内核空间使用

#include <linux/gpio.h>

// 这里是配置成输出，默认高电平，名称为“gpio1_20”（就是给你的IO口取个名字）
gpio_request_one(54, GPIOF_INIT_HIGH, "gpio1_20")
// 这个就是配置成输入。
gpio_request_one(54, GPIOF_IN, "gpio1_20")
// 使用完后别忘了free
gpio_free(54);