Linux GPIO 应用编程

嵌入式Linux应用开发中，系统经常会通过GPIO接入按键、各种感应开关等传感器，或控制电源开关、继电器等设备。

要在Linux应用层控制GPIO有两种方式：

通过sysfs控制
通过API控制

通过sysfs控制GPIO

为了用户空间运行的应用程序能够使用GPIO，Linux内核通过sysfs导出了与GPIO控制相关的文件，在/sys/class/gpio目录下，根据芯片不同，其下又有多个芯片子目录gpiochipN，例如在我使用的旭日X3pi中，有一个子目录gpiochip0，如果有多个带有GPIO的芯片，会有多个子目录。每个子目录中主要有以下与这个芯片相关的信息文件：

label: 通过一个字符串来标识这个GPIO芯片，提供给API或程序来查找相应的芯片，但这个信息不是必须的，这个文件在旭日X3pi中就是空的。通常我们还是通过目录上的编号N来找到和使用GPIO芯片。
base: 这个GPIO芯片提供的GPIO引脚编号的起始值，后续计算导出的GPIO编号时会用到。
ngpio: 这个GPIO芯片有多少个GPIO

/sys/class/gpio目录下有两个文件export和unexport，用来导出和取消导出GPIO，向export文件中写入要导出的GPIO的编号，会导出相应的GPIO，导出后会在/sys/class/gpio目录下生成一个与GPIO对应的子目录。向unexport文件写入GPIO编号会取消导出相应的GPIO。例如在X3pi上导出GPIO3：

root@ubuntu:/sys/class/gpio# ls
export  gpiochip0  unexport
root@ubuntu:/sys/class/gpio# echo 3 >export
root@ubuntu:/sys/class/gpio# ls
export  gpio3  gpiochip0  unexport
root@ubuntu:/sys/class/gpio#

这个GPIO编号是全局GPIO编号，是在芯片的GPIO编号基础上加上芯片对应的base值。这里芯片的GPIO编号是3，芯片对应的base值是0，所以全局GPIO号还是3。

不同芯片的GPIO编号如何计算需要参考芯片相应文档，例如有的芯片GPIO名是A3，B5这样，其中A0-AF编号为0~15，B0-BF编号为16~31。

GPIO导出后，会生成一个名为gpioN的目录，其中N为GPIO编号，目录下有一些文件用来控制该GPIO或读取该GPIO的状态，主要有：

direction: 控制GPIO的工作方式是输入还是输出，写入in，表示输入状态，写入out表示输出状态。也可以用来读取GPIO当前的工作状态。
active_low: 表示低电平用什么值表示，0表示低电平用0，高电平用1；1表示相反，低电平用1，高电平用0；
value: GPIO输入时，读取当前GPIO电平，GPIO输出时控制GPIO电平。
edge: 设置中断触发条件：none - 不触发；rising - 上升沿触发；falling - 下降沿触发；both - 上升沿和下降沿都触发。设置触发中断后，在程序中可以使用poll检测引脚电平变化。此功能仅在引进作为输入时可用。

使用流程：

export指定的GPIO
设置GPIO方向为输入或输出
读取或写入value来查看或控制GPIO电平
unexport指定的GPIO

通过API控制GPIO

要通过API控制GPIO，首先要知道GPIO芯片对应的设备节点，例如，在旭日X3pi上，GPIO芯片对应的设备节点是/dev/gpiochip0，知道设备节点后，可以通过open打开设备节点，然后通过fcntl来控制GPIO，与GPIO控制相应的控制命令和数据结构定义在/usr/include/linux/gpio.h文件中，注意这不是kernel头文件。

通过芯片进一步可以获取引脚(line)的控制对象，从而控制引脚。

由于整个过程比较复杂，这里不具体介绍了，因为已经有人写了一个库来通过API控制GPIO，这个库就是libgpiod。