深入解析Linux GPIO驱动程序 (linux gpio driver)

GPIO是General Purpose Input/Output的简称，也就是通用输入输出。GPIO可以连接各种设备，包括外设、传感器等，对于嵌入式设备的开发来说，GPIO非常重要。

Linux作为开源操作系统，在嵌入式设备的领域占有很大的市场份额。而在Linux中，GPIO的驱动程序也是非常重要的一部分。本文将深入解析Linux中GPIO驱动程序的原理和实现方法。

GPIO驱动程序的实现方法

Linux中GPIO的实现方法可以概括为四种类型，分别是GPIO模拟、GPIO中断、GPIO字符设备和GPIO设备树。下面我们对这四种类型的实现方法进行逐一介绍。

1. GPIO模拟：

GPIO模拟一般是在没有实际硬件设备的情况下，利用软件实现GPIO的实现方法。在Linux中，GPIO模拟可以通过内核嵌入GPIO subsytem的方式来实现，这样就可以通过编写用户程序来实现GPIO的操作。其中，用户程序可以使用GPIO库函数、命令行接口或者python脚本来进行GPIO的控制。

2. GPIO中断：

GPIO中断是实际生产应用中最常用的方法。在Linux中，GPIO中断可以通过内核提供的GPIO驱动程序（gpio-irq）来实现。当GPIO输入口发生变化时，可以通过中断方式进行通知，从而实现GPIO的处理过程。

3. GPIO字符设备：

GPIO字符设备是实现GPIO程序的基础，它是实现GPIO驱动程序的底层基础。在Linux中，GPIO字符设备可以通过创建gpio-chip结构体和gpio_desc结构体来实现，从而完成设备的注册和初始化。

4. GPIO设备树：

GPIO设备树是在Linux 2.6.x版本中引入的一种新机制，用于简化GPIO驱动程序的编写过程。通过设备树描述符来注册设备，可以实现GPIO的快速配置和管理。

需要注意的是，在实际开发中，不同的硬件平台和SoC芯片有着不同的GPIO实现方式，因此需要针对所用平台进行GPIO驱动程序的实现。

GPIO驱动程序的工作原理

GPIO驱动程序的工作原理主要由GPIO驱动程序和GPIO子系统两部分组成。其中，GPIO驱动程序是位于驱动层的，它是负责硬件的处理和控制，是驱动程序的核心部分。而GPIO子系统则是负责将GPIO驱动程序挂载到内核中，与其他内核子系统进行交互从而实现GPIO的控制。下面我们将对GPIO驱动程序和GPIO子系统的工作原理进行介绍。

GPIO驱动程序工作原理：

GPIO驱动程序的工作原理可以概括为以下几个步骤：

（1）设备初始化

GPIO驱动程序在设备初始化阶段需要完成的任务主要包括开启GPIO时钟、初始化GPIO端口、初始化GPIO的功能等。

（2）GPIO读写操作

GPIO的读写操作主要分为两种情况，一种是GPIO输出操作，另外一种是GPIO输入操作。在GPIO输出操作中，驱动程序将处理器的输出信号写入GPIO输出寄存器，从而控制GPIO输出端口；在GPIO输入操作中，驱动程序需要读取GPIO输入寄存器中的状态信息，进而得知输入端口的状态。

（3）GPIO中断处理

在GPIO中断操作中，驱动程序需要进行中断的注册、开启和处理等工作。当GPIO的输入状态发生变化时，中断信号会向CPU发送中断请求，由驱动程序进行处理。

GPIO子系统工作原理：

GPIO子系统是位于内核层的，它的主要作用是将GPIO驱动程序同其他内核子系统进行交互。当用户程序对GPIO进行操作时，GPIO子系统将用户的操作传递给驱动程序，驱动程序进行处理后，再将处理结果返回给用户程序。具体的过程如下：

（1）设备树处理

当系统启动后，GPIO子系统首先进行设备树处理，然后根据设备树描述符来注册GPIO设备。通过设备树描述符，GPIO子系统可以快速识别设备，从而进行快速配置和管理。

（2）设备注册

GPIO子系统通过调用GPIO驱动程序的API函数来注册GPIO设备。在注册时，需要指定GPIO设备名称和GPIO设备控制范围等信息。

（3）用户操作处理

当用户程序对GPIO进行操作时，GPIO子系统将用户程序的请求转发给GPIO驱动程序。驱动程序进行GPIO的处理，然后将结果返回给GPIO子系统。

（4）资源管理

在使用完GPIO设备后，需要对相关的资源进行管理，包括GPIO设备的关闭和资源的释放等。

本文对Linux中GPIO驱动程序的实现方法和工作原理进行了深入解析。在实际开发中，需要根据所用硬件平台和SoC芯片进行相应的GPIO驱动程序的实现。同时，在使用GPIO设备时，需要注意资源的管理和使用，从而保证设备的正常运行。

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• 如何在Linux系统中直接操作GPIO

如何在Linux系统中直接操作GPIO

方法/步骤

安装SD Linux系统

如图所示，先后将Arduino Software 1.5.3 （Arduino IDE）和SD-Card Linux Image下载到本机，Arduino IDE在后面查找GPIO与Arduino IO 之间的映射关系时需要用到。

如图所示，将SDCard1.0.4.tar.bz2解压后出现一个“image-full-galileo”的文件夹。

在MicroSD使用前需先将其以Fat32进行格式化，然后将“image-full-galileo”文件夹下地所有文件直接拷贝到microSD卡的根目录下。

进入Galileo

将MicroSD插到Galileo中，在路由器页面的已连接设备列表中会看到设备名称为“clanton”有线连接设备，找到其IP地址，然后中

Terminal（Unix和Linux，Windows可用Putty）中通过ssh进入Galileo，“ssh

”。

有意思的是，这个在MicroSD中运行的Linux系统开启了ssh服务，并且root账号没有设置密码，可以直接进入。如上图所示，弹出一对话框后输入 “yes”回车即可进入Galileo，出现下图中的 “root@clanton”说明这一步成功完成了

到这里，可能会有疑问了，Galileo板载也是有一个操作系统的，microSD卡中也有一个Linux，如何保证现在进入的就是microSD卡中的系

统呢？在Terminal中输入“cat/proc/version”即可查看Linux系统版本，显示为“3.8.7-yocto-standard”，这就是前面下载的为Galileo定制的Linux操作系统，Yocto。

找到那个属于你的GPIO

下面就要开始这篇文章中的核心部分，也是最难的一部。找Linux GPIO 与 Arduino IO之间的映射关系！

如右图所示，在“/sys/class/gpio/”中有多大60多个GPIO，如何找出右侧GPIO与左侧Arduino IDE中对应的IO呢。

首先将0-13IO口全部设为“INPUT”输入模式

voidsetup(){//putyoursetupcodehere,torunonce:

pinMode(0,INPUT); pinMode(1,INPUT); pinMode(2,INPUT); pinMode(3,INPUT);

pinMode(4,INPUT); pinMode(5,INPUT); pinMode(6,INPUT); pinMode(7,INPUT);

pinMode(8,INPUT); pinMode(9,INPUT); pinMode(10,INPUT);

pinMode(11,INPUT); pinMode(12,INPUT); pinMode(13,INPUT); } voidloop(){

//putyourmaincodehere,torunrepeatedly: }

如图所示，左侧”pinMode(13,OUTPUT)”将13引脚变为输出模式，右侧gpio7变成out模式，因此gpio7对应的就是Arduino IO 13（pin13）

按照这种方法依次找出Arduino IO与GPIO之间如下的对应关系

GPIODigitalI/Ogpio11pin0

gpio12pin1 gpio13pin2 gpio14pin3 gpio6pin4 gpio0pin5 gpio1pin6

gpio38pin7 gpio40pin8 gpio4pin9 gpio10pin10 gpio5pin11 gpio15pin12

gpio7pin13

下面就需要来对上面找到的gpio对应关系进行验证了。“echo “out”

>/sys/class/gpio/gpio*/direction”为将gpio变为输出模式，“echo “1”

>/sys/class/gpio/gpio*/value”为将gpio输出高电平。然后就有了下面这段python程序，这段程序依次将

pin13,pin12,pin11,pin10四个引脚的LED点亮然后关闭，但由于python程序的执行效率问题，应该所有LED同时点亮有了延时

成为流水灯，如下图所示效果。这段程序在Linux系统的任意文件夹内均可。

importos,timewhileTrue:os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio7/direction’)

os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio7/value’)

os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio15/direction’)

os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio15/value’)

os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio5/direction’)

os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio5/value’)

os.system(‘echo”out”>/sys/class/gpio/gpio10/direction’)

os.system(‘echo”1″>/sys/class/gpio/gpio10/value’) time.sleep(0.2)

os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio5/value’)

os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio15/value’)

os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio7/value’)

os.system(‘echo”0″>/sys/class/gpio/gpio10/value’) time.sleep(0.2)

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