在linux里面使用GPIO的一些知识点记录如下：
一、驱动里面操作GPIO
在linux内核里面如果 pinctrl 子系统将一个 PIN 复用为 GPIO 的话，那么就可以用gpio 子系统提供的 API 函数操做gpio，比如设置 GPIO为输入输出，读取 GPIO 的值等。gpio 子系统的主要目的就是方便驱动开发者使用 gpio，驱动开发者在设备树中添加 gpio 相关信息，然后就可以在驱动程序中使用 gpio 子系统提供的 API函数来操作 GPIO。
1.1、从设备树上查找节点的 OF 函数
设备都是以节点的形式“挂”到设备树上的，因此要想获取这个设备的其他属性信息，必须先获取到这个设备的节点。Linux 内核使用 device_node 结构体来描述一个节点，此结构体定义在文件 include/linux/of.h 中，与查找节点有关的 OF 函数有 5 个。
1.1.1、of_find_node_by_name 函数
of_find_node_by_name 函数通过节点名字查找指定的节点，函数原型如下：
struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,const char *name);
函数参数和返回值含义如下：
from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。
name：要查找的节点名字。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。
1.1.2、of_find_node_by_type 函数
of_find_node_by_type 函数通过 device_type 属性查找指定的节点，函数原型如下：
struct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from, const char *type)
函数参数和返回值含义如下：
from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。
type：要查找的节点对应的 type 字符串，也就是 device_type 属性值。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。
1.1.3、of_find_compatible_node 函数
of_find_compatible_node 函数根据 device_type 和 compatible 这两个属性查找指定的节点，
函数原型如下：
struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,const char *type, const char *compatible)
函数参数和返回值含义如下：
from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。
type：要查找的节点对应的 type 字符串，也就是 device_type 属性值，可以为 NULL，表示忽略掉 device_type 属性。
compatible：要查找的节点所对应的 compatible 属性列表。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败
1.1.4、of_find_matching_node_and_match 函数
of_find_matching_node_and_match 函数通过 of_device_id 匹配表来查找指定的节点，函数原型如下：
struct device_node *of_find_matching_node_and_match(struct device_node *from,const struct of_device_id *matches,const struct of_device_id **match)
函数参数和返回值含义如下：
from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。
matches：of_device_id 匹配表，也就是在此匹配表里面查找节点。
match：找到的匹配的 of_device_id。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败
1.1.5、of_find_node_by_path 函数
of_find_node_by_path 函数通过路径来查找指定的节点，函数原型如下：
inline struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)
函数参数和返回值含义如下：
path：带有全路径的节点名，可以使用节点的别名，比如“/backlight”就是 backlight 这个节点的全路径。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败
1.2、与 gpio 相关的 OF 函数
1.2.1、of_get_named_gpio 函数
此函数获取 GPIO 编号，因为 Linux 内核中关于 GPIO 的 API 函数都要使用 GPIO 编号，此函数会将设备树中类似<&gpio5 7 GPIO_ACTIVE_LOW>的属性信息转换为对应的 GPIO 编号，此函数在驱动中使用很频繁！函数原型如下：
int of_get_named_gpio(struct device_node *np,const char *propname, int index)
函数参数和返回值含义如下：
np：设备节点。例如从of_find_node_by_path函数获取的设备节点。
propname：包含要获取 GPIO 信息的属性名。
index：GPIO 索引，因为一个属性里面可能包含多个 GPIO，此参数指定要获取哪个 GPIO的编号，如果只有一个 GPIO 信息的话此参数为 0。
返回值：正值，获取到的 GPIO 编号；负值，失败。
1.3、gpio 子系统 API 函数
对于驱动开发人员，设置好设备树以后就可以使用 gpio 子系统提供的 API 函数来操作指定的 GPIO，gpio 子系统向驱动开发人员屏蔽了具体的读写寄存器过程。gpio 子系统提供的常用的 API 函数有下面几个：
1.3.1、gpio_request 函数
gpio_request 函数用于申请一个 GPIO 管脚，在使用一个 GPIO 之前一定要使用 gpio_request进行申请，函数原型如下：
int gpio_request(unsigned gpio, const char *label)
函数参数和返回值含义如下：
gpio：要申请的 gpio 标号，使用 of_get_named_gpio 函数从设备树获取指定 GPIO 属性信息，此函数会返回这个 GPIO 的标号。
label：给 gpio 设置个名字。
返回值：0，申请成功；其他值，申请失败。
一般来说，一个GPIO只是分配给一个设备的，所以这个设备的驱动会请求这个GPIO。这样，在其他的设备也想请求这个GPIO的时候会返回失败。事实上，gpio_request只是给这个GPIO做一个标示，并没有什么实质的作用。操作GPIO是通过gpio_set_value、gpio_direction_output之类的函数去做的，即便没有request，一样可以设置GPIO的电平。对于设备驱动来说，应该保证每一个在初始化的时候（一般是probe），对和设备有关的GPIO都进行一次gpio_request，在remove时候时候使用gpio_free。当然，如果probe失败，应该在probe里面free掉已经request过的GPIO。每次使用的时候不需要再request和free了，只需要直接gpio_set_value就可以了。关于gpio_request函数的具体介绍可以在linux内核文件kernel/Documentation/gpio/gpio-legacy.txt查看。
1.3.2、gpio_free 函数
如果不使用某个 GPIO 了，那么就可以调用 gpio_free 函数进行释放。函数原型如下：
void gpio_free(unsigned gpio)
函数参数和返回值含义如下：
gpio：要释放的 gpio 标号。
返回值：无。
1.3.3、gpio_direction_input 函数
此函数用于设置某个 GPIO 为输入，函数原型如下所示：
int gpio_direction_input(unsigned gpio)
函数参数和返回值含义如下：
gpio：要设置为输入的 GPIO 标号。
返回值：0，设置成功；负值，设置失败。
1.3.4、gpio_direction_output 函数
此函数用于设置某个 GPIO 为输出，并且设置默认输出值，函数原型如下：
int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value)
函数参数和返回值含义如下：
gpio：要设置为输出的 GPIO 标号。
value：GPIO 默认输出值。
返回值：0，设置成功；负值，设置失败。
1.3.5、gpio_get_value 函数
此函数用于获取某个 GPIO 的值(0 或 1)，此函数是个宏，定义所示：
#define gpio_get_value __gpio_get_value
int __gpio_get_value(unsigned gpio)
函数参数和返回值含义如下
gpio：要获取的 GPIO 标号。
返回值：非负值，得到的 GPIO 值；负值，获取失败。
1.3.6、gpio_set_value 函数
此函数用于设置某个 GPIO 的值，此函数是个宏，定义如下
#define gpio_set_value __gpio_set_value
void __gpio_set_value(unsigned gpio, int value)
函数参数和返回值含义如下：
gpio：要设置的 GPIO 标号。
value：要设置的值。
返回值：无
1.4、使用MISC 驱动gpio的实例
所有的 MISC 设备驱动的主设备号都为 10，不同的设备使用不同的从设备号。MISC 设备会自动创建 cdev，不需手动创建，因此采用 MISC 设备驱动可以简化字符设备驱动的编写。
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define MISCBEEP_NAME "miscbeep" /* 名字 在/dev目录下生成的文件，应用层根据此名字操作驱动程序 */
#define BEEPOFF 0 /* 关蜂鸣器 */
#define BEEPON 1 /* 开蜂鸣器 */
/* miscbeep设备结构体 */
struct miscbeep_dev
{
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int beep_gpio; /* beep所使用的GPIO编号 */
};
struct miscbeep_dev miscbeep; /* beep设备 */
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int miscbeep_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &miscbeep; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t miscbeep_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue;
unsigned char databuf[1];
unsigned char beepstat;
struct miscbeep_dev *dev = filp->private_data;
retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
if(retvalue < 0) {
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
beepstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
if(beepstat == BEEPON) {
gpio_set_value(dev->beep_gpio, 0); /* 打开蜂鸣器 */
} else if(beepstat == BEEPOFF) {
gpio_set_value(dev->beep_gpio, 1); /* 关闭蜂鸣器 */
}
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations miscbeep_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = miscbeep_open,
.write = miscbeep_write,
};
/* MISC设备结构体 */
static struct miscdevice beep_miscdev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,//动态生成次设备号
.name = MISCBEEP_NAME,
.fops = &miscbeep_fops,
};
/*
* @description : flatform驱动的probe函数，当驱动与
* 设备匹配以后此函数就会执行
* @param - dev : platform设备
* @return : 0，成功;其他负值,失败
*/
static int miscbeep_probe(struct platform_device *dev)
{
int ret = 0;
printk("beep driver and device was matched!\r\n");
/* 设置BEEP所使用的GPIO */
/* 1、获取设备节点：beep */
miscbeep.nd = of_find_node_by_path("/beep");
if(miscbeep.nd == NULL) {
printk("beep node not find!\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 2、 获取设备树中的gpio属性，得到BEEP所使用的BEEP编号 */
miscbeep.beep_gpio = of_get_named_gpio(miscbeep.nd, "beep-gpio", 0);
if(miscbeep.beep_gpio < 0) {
printk("can't get beep-gpio");
return -EINVAL;
}
ret=gpio_request(miscbeep.beep_gpio, "beep"); /* 请求IO */
if(ret < 0)
{
printk("gpio_request error!\r\n");
}
/* 3、设置GPIO5_IO01为输出，并且输出高电平，默认关闭BEEP */
ret = gpio_direction_output(miscbeep.beep_gpio, 1);
if(ret < 0)
{
printk("can't set gpio!\r\n");
}
/* 一般情况下会注册对应的字符设备，但是这里我们使用MISC设备
* 所以我们不需要自己注册字符设备驱动，只需要注册misc设备驱动即可
*/
ret = misc_register(&beep_miscdev);
if(ret < 0){
printk("misc device register failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
return 0;
}
/*
* @description : platform驱动的remove函数，移除platform驱动的时候此函数会执行
* @param - dev : platform设备
* @return : 0，成功;其他负值,失败
*/
static int miscbeep_remove(struct platform_device *dev)
{
/* 注销设备的时候关闭LED灯 */
gpio_set_value(miscbeep.beep_gpio, 1);
/* 注销misc设备 */
misc_deregister(&beep_miscdev);
return 0;
}
/* 匹配列表 */
static const struct of_device_id beep_of_match[] = {
{
.compatible = "atkalpha-beep" },
{
/* Sentinel */ }
};
/* platform驱动结构体 */
static struct platform_driver beep_driver = {
.driver = {
.name = "imx6ul-beep", /* 驱动名字，用于和设备匹配 */
.of_match_table = beep_of_match, /* 设备树匹配表 */
},
.probe = miscbeep_probe,
.remove = miscbeep_remove,
};
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init miscbeep_init(void)
{
return platform_driver_register(&beep_driver);
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit miscbeep_exit(void)
{
platform_driver_unregister(&beep_driver);
}
module_init(miscbeep_init);
module_exit(miscbeep_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
二、Linux不通过驱动直接控制GPIO
GPIO 可以通过 sysfs 方式进行操控，进入到/sys/class/gpio 目录下，可以看到该目录下包含两个文件 export、unexport 以及 5 个 gpiochipX（X 等于 0、32、64、96、128）命名的文件夹。
gpiochipX：当前 SoC 所包含的 GPIO 控制器，我们知道 I.MX6UL/I.MX6ULL 一共包含了 5 个 GPIO控制器，分别为 GPIO1、GPIO2、GPIO3、GPIO4、GPIO5，在这里分别对应 gpiochip0、gpiochip32、gpiochip64、gpiochip96、gpiochip128 这 5 个文件夹，每一个 gpiochipX 文件夹用来管理一组 GPIO。
对于给定的一个 GPIO 引脚，如何计算它在 sysfs 中对应的编号呢？其实非常简单，譬如给定一个 GPIO引脚为 GPIO4_IO16，那它对应的编号是多少呢？首先我们要确定 GPIO4 对应于 gpiochip96，该组 GPIO 引脚的最小编号是 96（对应于 GPIO4_IO0），所以 GPIO4_IO16 对应的编号自然是 96 + 16 = 112；同理GPIO3_IO20 对应的编号是 64 + 20 = 84。
export：用于将指定编号的 GPIO 引脚导出。在使用 GPIO 引脚之前，需要将其导出，导出成功之后才能使用它。注意 export 文件是只写文件，不能读取，将一个指定的编号写入到 export 文件中即可将对应的 GPIO 引脚导出
如果没有相应的GPIO，则需要向export文件写入要操作的GPIO编号，使得该GPIO的操作接口从内核空间暴露到用户空间。
下面一个shell脚本可以读出相应的GPIO编号
#! /bin/sh
for i in /sys/class/gpio/gpiochip*
do
echo `cat $i/label`: `cat $i/base`
done
导出之后就可以两种方法进行操作
2.1、直接读写
2.1.1、在shell里面可以
导出110号GPIO ： /sys/class/gpio# echo 110 > export
设置方向为输出 ： /sys/class/gpio/gpio110# echo out > direction
设置输出高电平 ： /sys/class/gpio/gpio110# echo 1 > value
取消导出110号GPIO ： /sys/class/gpio# echo 110 > unexport
2.1.1、在应用程序里面里面可以
导出110号GPIO： system(“echo 110 > /sys/class/gpio/export”);
设置方向为输出 ： system(“echo out > /sys/class/gpio/gpio110/direction”);
设置输出高电平： system(“echo 1 > /sys/class/gpio/gpio110/value”);
取消导出110号GPIO ： system(“echo 110 > /sys/class/gpio/unexport”);
2.2、通过文件形式读写
static int GPIOConfig(const char *attr, const char *val)
{
char file_path[100];
int len;
int fd;
char *gpiopath= "/sys/class/gpio/gpio110";
sprintf(file_path, "%s/%s", gpiopath, attr);
if (0 > (fd = open(file_path, O_WRONLY)))
{
perror("open error");
return fd;
}
len = strlen(val);
if (len != write(fd, val, len))
{
perror("write error");
close(fd);
return -1;
}
close(fd); //关闭文件
return 0;
}
int GPIOInit(void)
{
int fd;
char gpiopath[]= "/sys/class/gpio/gpio110";
if (access(gpiopath, F_OK)) //如果目录不存在 则需要导出
{
if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) //打开export
{
printf("open error: %s",strerror(errno));
return -1;
}
if (3 != write(fd, "110", 3))//导出GPIO
{
printf("write error: %s",strerror(errno));
close(fd);
return -1;
}
close(fd); //关闭文件
sleep(1);//延时1S，防止还没有导出GPIO，就对GPIO进行操作
}
if (GPIOConfig("direction", "out")) return -1;/* 配置为输出模式 */
if (GPIOConfig("active_low", "0")) return -1; /* 配置极性为0 */
if (GPIOConfig("value", "1")) return -1; /* 输出高电平 */
return 0;
}