Orange pi GPIO输出控制，裸机点灯大法（一）！

裸机点灯大法

玩树莓派或者香橙派，如果不玩裸机点灯，那岂不是不完整。所谓裸机点灯，即一块裸板，通过gpio输出控制，实现控制板载绿色的电源指示灯以及红色的状态指示灯

裸机点灯（GPIO输出控制）的两种方法

首先总结一下实现对OrangePi GPIO控制的两种方法，第一种是通过Linux内存映射的方式，将实际CPU硬件的内存地址映射到用户程序的内存空间，再进行操作；第二种是通过sysfs方式控制GPIO，在程序中，操作/sys/class/gpio目录实现io口的控制。

这两种方式都有现成已完成的案例，例如在python环境使用的pyH3库、C环境的WiringPi库使用的就是第一种方式；从树莓派移植的OPi.GPIO库使用的是第二种方式。其中第二种方式个人感觉更加简单，因为只需要在用户的程序里面读写系统目录的文件，即可实现对GPIO的控制，非常方便，但是经过试验发现这种方式在armbian系统上有个严重的问题，就是它无法使用那些板子上没引出来的IO口，因为板载的两个LED（红灯和绿灯）分别是使用了PA17和PL10引脚，如果使用第二种方式控制这两个引脚，会提示“Device or resource busy”的错误，但是在orangpi官方网站提供的ubuntu镜像以及Debian下，均可完美实现。通过以下命令：

cat /sys/kernel/debug/gpio

可以看出系统已经占用的IO口如下：

第二种方法

其实Linux下面有一个通用的GPIO操作接口，那就是我要介绍的 “/sys/class/gpio” 方式。

虽然我的系统是armbian，不能使用第二种方法，还是简单的说一下第二种操作吧，如果你和我一样是armbian系统，那就可以直接跳到下一节，看另一种方法吧

通过上图我们能看到powerLED的gpio编号是362，statusLED的编号是17，接下来我们看看系统中有没有“/sys/class/gpio”这个文件夹
如果没有就需要在编译内核的时候加入 Device Drivers —> GPIO Support —> /sys/class/gpio/… (sysfs interface)

我试过armbian的系统、ubuntu的系统还有Debian都是有这个文件夹的，那就可以直接操作了
看一下/sys/class/gpio 的使用说明：

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 导出一个引脚的操作步骤；
6、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；
7、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，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：echo 12 > /sys/class/gpio/export；
8、direction文件，定义输入输入方向，可以通过下面命令定义为输出；
9、echo out > direction， direction接受的参数：in, out, high, low。high/low同时设置方向为输出，并将value设置为相应的1/0；
10、value文件是端口的数值，为1或0.echo 1 > value

在终端中敲入以下命令

cd /sys/class/gpio/

ls 一下看看有没有 gpio362或者gpio17 这个目录，正常是没有的
接下来GPIO控制测试，在终端中敲入以下指令

通知系统需要导出控制的GPIO引脚编号为17
echo 17 > /sys/class/gpio/export
定义输入输入方向为输出
echo out > /sys/class/gpio/gpio139/direction
设置17号引脚的数值为1，即输出高电平，灯亮
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio139/value
设置17号引脚的数值为0，即输出低电平，灯灭
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio139/value

powerLED的控制也是一样，只需要把17换成362就可以了
需要注意的是，如果你是armbian的系统，在导出17号引脚的时候会提示设备忙，在ubuntu以及Debian下正常，这个在前面有提到过

第一种方法

我是参考这位大神的博客，不知道是不是他的原创，附上链接：python环境下实现OrangePi Zero寄存器访问及GPIO控制
作者讲的非常详细，这里贴出他的代码吧

root@orangepi:~# vim OPiZero_GPIO.py

import mmap
import struct
class GPIO:   
#-------------------------------------------------------------------------------------#
#定义GPIO相对0x01C20000的偏移地址
    PIO_ADDR_OFFSET = 0x0800    
#定义GPIOA的寄存器相对0x01C20000的偏移地址
#作者只写了GPIOA的寄存器定义，如果需要使用其他IO，请参考datasheet在下面增加定义
    PIO_PA_CFG0_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x00
    PIO_PA_CFG1_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x04
    PIO_PA_CFG2_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x08
    PIO_PA_CFG3_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x0C
    PIO_PA_DATA_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x10

    PIO_PA_DRV0_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x14
    PIO_PA_DRV1_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x18
    PIO_PA_PUL0_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x1C
    PIO_PA_PUL1_REG = PIO_ADDR_OFFSET + 0x20

#-------------------------------------------------------------------------------------#
    #以下是构造函数和析构函数
    def __init__(self):
        self.m_mmap = None
        self.fd = None

    def __del__(self):
        if(self.m_mmap != None):
            self.m_mmap.close()
        if(self.fd != None):
            self.fd.close()
    
#-------------------------------------------------------------------------------------#
    #以下是成员函数
    def Init(self):
        """
        GPIO初始化函数
        函数会打开/dev/mem文件，并映射从0x01C20000地址开始，共8192字节长度（2页）的内存空间到用户的虚拟地址
        返回值：无
        """
        START_ADDR = 0x01C20000
        self.fd = open("/dev/mem", "rb+")
        self.m_mmap = mmap.mmap(self.fd.fileno(), 4096 * 2, mmap.MAP_SHARED, mmap.PROT_WRITE | mmap.PROT_READ, mmap.ACCESS_WRITE, START_ADDR)
        assert self.m_mmap != None,"Init Fails"

    def ReadReg(self,reg_addr):
        """
        读取一个寄存器的值
        reg_addr:要读取的寄存器地址（必须为4的倍数），且范围在2个pagesize内，即小于8192
        返回值：寄存器的值（4字节）
        """
        assert self.m_mmap != None,"Init Fails"
        assert reg_addr%4 == 0,"reg_addr must be mutiple of 4"
        assert 0<=reg_addr<=8192,"reg_addr must be less than 8192,which is 2 pagesize"
        
        self.m_mmap.seek(reg_addr)
        ReadBytes = self.m_mmap.read(4)
        return struct.unpack('L',ReadBytes)[0]

    def WriteReg(self,reg_addr,value):
        """
        写一个寄存器的值
        reg_addr:要写入的寄存器地址（必须为4的倍数），且范围在2个pagesize内，即小于8192
        value:要写入的值，整形，一次写入四个字节长度的整数，即0xffffffff
        返回值：无
        """     
        assert self.m_mmap != None,"Init Fails"
        assert reg_addr%4 == 0,"reg_addr must be mutiple of 4"
        assert 0<=reg_addr<=8192,"reg_addr must be less than 8192,which is 2 pagesize"
        assert 0<=value<=0xFFFFFFFF,"value must be less than 0xFFFFFFFF,which is 4 bytes"
        
        self.m_mmap.seek(reg_addr)
        BytesToWrite = struct.pack('L',value)
        self.m_mmap.write(BytesToWrite)
        return

root@orangepi:~# vim LED_Blink.py

import OPiZero_GPIO
import time

#以下为主程序
GPIO = OPiZero_GPIO.GPIO()
GPIO.Init();

#PA17配置为输出模式
GPIO.WriteReg(GPIO.PIO_PA_CFG2_REG,GPIO.ReadReg(GPIO.PIO_PA_CFG2_REG) | 0x00000010)
while(1):
    GPIO.WriteReg(GPIO.PIO_PA_DATA_REG,GPIO.ReadReg(GPIO.PIO_PA_DATA_REG) ^ 0x00020000)
    time.sleep(0.3)

运行程序即可看到板子上led闪起来了

root@orangepi:~# python3 LED_Blink.py