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GPIO是General Purpose Input/Output的簡稱，也就是通用輸入輸出。GPIO可以連接各種設(shè)備，包括外設(shè)、傳感器等，對于嵌入式設(shè)備的開發(fā)來說，GPIO非常重要。
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Linux作為開源操作系統(tǒng)，在嵌入式設(shè)備的領(lǐng)域占有很大的市場份額。而在Linux中，GPIO的驅(qū)動程序也是非常重要的一部分。本文將深入解析Linux中GPIO驅(qū)動程序的原理和實現(xiàn)方法。
GPIO驅(qū)動程序的實現(xiàn)方法
Linux中GPIO的實現(xiàn)方法可以概括為四種類型，分別是GPIO模擬、GPIO中斷、GPIO字符設(shè)備和GPIO設(shè)備樹。下面我們對這四種類型的實現(xiàn)方法進行逐一介紹。
1. GPIO模擬：
GPIO模擬一般是在沒有實際硬件設(shè)備的情況下，利用軟件實現(xiàn)GPIO的實現(xiàn)方法。在Linux中，GPIO模擬可以通過內(nèi)核嵌入GPIO subsytem的方式來實現(xiàn)，這樣就可以通過編寫用戶程序來實現(xiàn)GPIO的操作。其中，用戶程序可以使用GPIO庫函數(shù)、命令行接口或者python腳本來進行GPIO的控制。
2. GPIO中斷：
GPIO中斷是實際生產(chǎn)應(yīng)用中最常用的方法。在Linux中，GPIO中斷可以通過內(nèi)核提供的GPIO驅(qū)動程序（gpio-irq）來實現(xiàn)。當GPIO輸入口發(fā)生變化時，可以通過中斷方式進行通知，從而實現(xiàn)GPIO的處理過程。
3. GPIO字符設(shè)備：
GPIO字符設(shè)備是實現(xiàn)GPIO程序的基礎(chǔ)，它是實現(xiàn)GPIO驅(qū)動程序的底層基礎(chǔ)。在Linux中，GPIO字符設(shè)備可以通過創(chuàng)建gpio-chip結(jié)構(gòu)體和gpio_desc結(jié)構(gòu)體來實現(xiàn)，從而完成設(shè)備的注冊和初始化。
4. GPIO設(shè)備樹：
GPIO設(shè)備樹是在Linux 2.6.x版本中引入的一種新機制，用于簡化GPIO驅(qū)動程序的編寫過程。通過設(shè)備樹描述符來注冊設(shè)備，可以實現(xiàn)GPIO的快速配置和管理。
需要注意的是，在實際開發(fā)中，不同的硬件平臺和SoC芯片有著不同的GPIO實現(xiàn)方式，因此需要針對所用平臺進行GPIO驅(qū)動程序的實現(xiàn)。
GPIO驅(qū)動程序的工作原理
GPIO驅(qū)動程序的工作原理主要由GPIO驅(qū)動程序和GPIO子系統(tǒng)兩部分組成。其中，GPIO驅(qū)動程序是位于驅(qū)動層的，它是負責(zé)硬件的處理和控制，是驅(qū)動程序的核心部分。而GPIO子系統(tǒng)則是負責(zé)將GPIO驅(qū)動程序掛載到內(nèi)核中，與其他內(nèi)核子系統(tǒng)進行交互從而實現(xiàn)GPIO的控制。下面我們將對GPIO驅(qū)動程序和GPIO子系統(tǒng)的工作原理進行介紹。
GPIO驅(qū)動程序工作原理：
GPIO驅(qū)動程序的工作原理可以概括為以下幾個步驟：
（1）設(shè)備初始化
GPIO驅(qū)動程序在設(shè)備初始化階段需要完成的任務(wù)主要包括開啟GPIO時鐘、初始化GPIO端口、初始化GPIO的功能等。
（2）GPIO讀寫操作
GPIO的讀寫操作主要分為兩種情況，一種是GPIO輸出操作，另外一種是GPIO輸入操作。在GPIO輸出操作中，驅(qū)動程序?qū)⑻幚砥鞯妮敵鲂盘枌懭隚PIO輸出寄存器，從而控制GPIO輸出端口；在GPIO輸入操作中，驅(qū)動程序需要讀取GPIO輸入寄存器中的狀態(tài)信息，進而得知輸入端口的狀態(tài)。
（3）GPIO中斷處理
在GPIO中斷操作中，驅(qū)動程序需要進行中斷的注冊、開啟和處理等工作。當GPIO的輸入狀態(tài)發(fā)生變化時，中斷信號會向CPU發(fā)送中斷請求，由驅(qū)動程序進行處理。
GPIO子系統(tǒng)工作原理：
GPIO子系統(tǒng)是位于內(nèi)核層的，它的主要作用是將GPIO驅(qū)動程序同其他內(nèi)核子系統(tǒng)進行交互。當用戶程序?qū)PIO進行操作時，GPIO子系統(tǒng)將用戶的操作傳遞給驅(qū)動程序，驅(qū)動程序進行處理后，再將處理結(jié)果返回給用戶程序。具體的過程如下：
（1）設(shè)備樹處理
當系統(tǒng)啟動后，GPIO子系統(tǒng)首先進行設(shè)備樹處理，然后根據(jù)設(shè)備樹描述符來注冊GPIO設(shè)備。通過設(shè)備樹描述符，GPIO子系統(tǒng)可以快速識別設(shè)備，從而進行快速配置和管理。
（2）設(shè)備注冊
GPIO子系統(tǒng)通過調(diào)用GPIO驅(qū)動程序的API函數(shù)來注冊GPIO設(shè)備。在注冊時，需要指定GPIO設(shè)備名稱和GPIO設(shè)備控制范圍等信息。
（3）用戶操作處理
當用戶程序?qū)PIO進行操作時，GPIO子系統(tǒng)將用戶程序的請求轉(zhuǎn)發(fā)給GPIO驅(qū)動程序。驅(qū)動程序進行GPIO的處理，然后將結(jié)果返回給GPIO子系統(tǒng)。
（4）資源管理
在使用完GPIO設(shè)備后，需要對相關(guān)的資源進行管理，包括GPIO設(shè)備的關(guān)閉和資源的釋放等。
本文對Linux中GPIO驅(qū)動程序的實現(xiàn)方法和工作原理進行了深入解析。在實際開發(fā)中，需要根據(jù)所用硬件平臺和SoC芯片進行相應(yīng)的GPIO驅(qū)動程序的實現(xiàn)。同時，在使用GPIO設(shè)備時，需要注意資源的管理和使用，從而保證設(shè)備的正常運行。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- 如何在Linux系統(tǒng)中直接操作GPIO
如何在Linux系統(tǒng)中直接操作GPIO
方法/步驟
安裝SD Linux系統(tǒng)
如圖所示，先后將Arduino Software 1.5.3 （Arduino IDE）和SD-Card Linux Image下載到本機，Arduino IDE在后面查找GPIO與Arduino IO 之間的映射關(guān)系時需要用到。
如圖所示，將SDCard1.0.4.tar.bz2解壓后出現(xiàn)一個“image-full-galileo”的文件夾。
在MicroSD使用前需先將其以Fat32進行格式化，然后將“image-full-galileo”文件夾下地所有文件直接拷貝到microSD卡的根目錄下。
進入Galileo
將MicroSD插到Galileo中，在路由器頁面的已連接設(shè)備列表中會看到設(shè)備名稱為“clanton”有線連接設(shè)備，找到其IP地址，然后中
Terminal（Unix和Linux，Windows可用Putty）中通過ssh進入Galileo，“ssh
”。
有意思的是，這個在MicroSD中運行的Linux系統(tǒng)開啟了ssh服務(wù)，并且root賬號沒有設(shè)置密碼，可以直接進入。如上圖所示，彈出一對話框后輸入 “yes”回車即可進入Galileo，出現(xiàn)下圖中的 “root@clanton”說明這一步成功完成了
到這里，可能會有疑問了，Galileo板載也是有一個操作系統(tǒng)的，microSD卡中也有一個Linux，如何保證現(xiàn)在進入的就是microSD卡中的系
統(tǒng)呢？在Terminal中輸入“cat/proc/version”即可查看Linux系統(tǒng)版本，顯示為“3.8.7-yocto-standard”，這就是前面下載的為Galileo定制的Linux操作系統(tǒng)，Yocto。
找到那個屬于你的GPIO
下面就要開始這篇文章中的核心部分，也是最難的一部。找Linux GPIO 與 Arduino IO之間的映射關(guān)系！
如右圖所示，在“/sys/class/gpio/”中有多大60多個GPIO，如何找出右側(cè)GPIO與左側(cè)Arduino IDE中對應(yīng)的IO呢。
首先將0-13IO口全部設(shè)為“INPUT”輸入模式
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: }
如圖所示，左側(cè)”pinMode(13,OUTPUT)”將13引腳變?yōu)檩敵瞿Ｊ剑覀?cè)gpio7變成out模式，因此gpio7對應(yīng)的就是Arduino IO 13（pin13）
按照這種方法依次找出Arduino IO與GPIO之間如下的對應(yīng)關(guān)系
GPIODigitalI/Ogpio11pin0
gpio12pin1 gpio13pin2 gpio14pin3 gpio6pin4 gpio0pin5 gpio1pin6
gpio38pin7 gpio40pin8 gpio4pin9 gpio10pin10 gpio5pin11 gpio15pin12
gpio7pin13
下面就需要來對上面找到的gpio對應(yīng)關(guān)系進行驗證了?！癳cho “out”
>/sys/class/gpio/gpio*/direction”為將gpio變?yōu)檩敵瞿Ｊ剑癳cho “1”
>/sys/class/gpio/gpio*/value”為將gpio輸出高電平。然后就有了下面這段python程序，這段程序依次將
pin13,pin12,pin11,pin10四個引腳的LED點亮然后關(guān)閉，但由于python程序的執(zhí)行效率問題，應(yīng)該所有LED同時點亮有了延時
成為流水燈，如下圖所示效果。這段程序在Linux系統(tǒng)的任意文件夾內(nèi)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)
linux gpio driver的介紹就聊到這里吧，感謝你花時間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于linux gpio driver,深入解析Linux GPIO驅(qū)動程序,如何在Linux系統(tǒng)中直接操作GPIO的信息別忘了在本站進行查找喔。
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