GPIO
1. GPIO 子系统
GPIO（通用输入/输出）是一种通用引脚，可以由微控制器（MCU）或 CPU 控制，具有多种功能，包括高低电平输入检测和输出控制。在 Linux 中，GPIO 引脚可以被导出到用户空间，通过 sysfs 文件系统进行控制，使得 GPIO 引脚可以用于各种用途，如串口通信、I2C、网络通信、电压检测等。
在 Linux 中，有一个专门的 GPIO 子系统驱动框架，用于处理 GPIO 设备。通过这个框架，用户可以轻松地与 CPU 的 GPIO 引脚进行交互。这个驱动框架支持将引脚用于基本的输入和输出功能，同时输入功能还支持中断检测。这使得开发者可以利用 GPIO 子系统轻松地将 GPIO 引脚用于各种用途，实现了灵活性和可编程性。有关 GPIO 子系统的更多详细信息可以在 <Linux内核源码>/Documentation/gpio 目录中找到。
2.GPIO 控制（shell）
2.1 引脚分布
在将 GPIO 引脚导出到用户空间时，通常需要用到引脚编号，我们可以通过接口图进行确定。更多详细功能请参考《资料下载》部分的 40pin 引脚图或 Datasheet 手册。LuckFox Omni3576 引脚图：
2.2 GPIO 编号计算
GPIO对应的引脚编号均在引脚图中标出，您可以直接使用或按照下面方法进行计算。
GPIO 有5个 bank：GPIO0~GPIO4，每个 bank 分为4组，共有32个 pin：A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7
GPIO 的命名方式为 GPIO{bank}_{group}{X}，如下所示：
GPIO0_A0 ~ A7
GPIO0_B0 ~ B7
GPIO0_C0 ~ C7
GPIO0_D0 ~ D7
GPIO1_A0 ~ A7
....
GPIO1_D0 ~ D7
....
GPIO4_D0 ~ D7GPIO 编号计算方法如下：
GPIO 引脚编号计算公式：pin = bank * 32 + number
GPIO 组内编号计算公式：number = group * 8 + X
综上：pin = bank * 32 + (group * 8 + X)以 GPIO2_D7_d 为例说明，其中：
bank：2group：3 (A=0, B=1, C=2, D=3)X：7
所以 GPIO2_D7_d 的引脚编号为：2 x 32 + ( 3x 8 + 7) = 95
2.3 使用 GPIO sysfs 接口控制 I/O
将 GPIO 控制从内核空间导出到用户空间（只写）。
sudo su
echo 95 > /sys/class/gpio/export取消 GPIO 控制从内核空间到用户空间的导出（只写）。
echo 95 > /sys/class/gpio/unexport
2.3.1 设备目录和设备属性
当你写入 GPIO 编号到
/sys/class/gpio/export时，内核会将这个 GPIO 导出到用户空间，使之可以通过/sys/class/gpio/gpio<编号>目录来进行后续操作（如配置方向、设置或读取电平）。root@luckfox:/home/luckfox# ls /sys/class/gpio
export gpio95 gpiochip0 gpiochip128 gpiochip32 gpiochip509 gpiochip64 gpiochip96 unexport在 /sys/class/gpio/gpioN（N=1,2,3,5,...）设备目录下有多种属性，可以通过这些属性控制，从而实现对 GPIO 的控制。
cd /sys/class/gpio/gpio95
root@luckfox:/sys/class/gpio/gpio95# ls
active_low device direction edge power subsystem uevent valuedirection属性：设置 GPIO 的输入（in）或输出（out）value属性：用于读取输入电平或者控制输出电平，写入或者读取到1表示高电平，写入或者读取到0表示低电平edge属性：用于设置触发电平，只有将 GPIO 设置为中断的时候才会出现和使用这个属性- 上升沿触发：rising
- 下降沿触发：falling
- 双边沿触发：both
- 禁用中断：none
2.3.2 控制 GPIO 引脚电平
设置方向。
root@luckfox:/sys/class/gpio/gpio95# pwd # 确保自己在想控制的设备目录下
/sys/class/gpio/gpio95
echo out > direction # 设置 GPIO 为输出
echo in > direction # 设置 GPIO 为输入设置
value属性来控制 GPIO 电平。#输出
echo 1 > value
echo 0 > value
# 输入
cat value注意：可能遇到的错误：
root@luckfox:~# echo 72 > /sys/class/gpio/export
bash: echo: write error: Device or resource busy- Linux 驱动调试中可能遇到 gpio 无法申请的问题，需要查找 gpio 被哪个驱动占用
mount -t debugfs none /media
cat /media/gpio
root@luckfox:/# cat /media/gpio
gpiochip0: GPIOs 0-31, parent: platform/27320000.gpio, gpio0:
gpio-9 ( |bt_default_wake_host) in lo IRQ
gpio-14 ( |reset ) out lo ACTIVE LOW
gpiochip1: GPIOs 32-63, parent: platform/2ae10000.gpio, gpio1:
gpio-50 ( |bt_default_rts ) out lo
gpio-55 ( |vcc5v0-host ) out hi
gpio-60 ( |bt_default_wake ) out hi
gpio-61 ( |work ) out hi
gpiochip2: GPIOs 64-95, parent: platform/2ae20000.gpio, gpio2:
gpiochip3: GPIOs 96-127, parent: platform/2ae30000.gpio, gpio3:
gpio-104 ( |GTP RST PORT ) in hi
gpio-118 ( |led ) out hi ACTIVE LOW
gpio-120 ( |led ) out hi ACTIVE LOW
gpio-125 ( |vbus5v0-typec ) out lo
gpio-127 ( |reset ) out lo ACTIVE LOW
gpiochip4: GPIOs 128-159, parent: platform/2ae40000.gpio, gpio4:
gpio-128 ( |vcc3v3-m2 ) out hi
gpio-148 ( |sbu1-dc ) out lo
gpio-149 ( |sbu2-dc ) out hi
gpiochip5: GPIOs 509-511, parent: platform/rk806-pinctrl.1.auto, rk806-gpio, can sleep:
3. 使用 Python 程序控制 I/O
控制一颗 LED 交替闪烁。
#!/usr/bin/python3
from periphery import GPIO
import time
LED_Pin = 95
LED_GPIO = GPIO(LED_Pin, "out")
while True:
try:
LED_GPIO.write(True)
time.sleep(0.5)
LED_GPIO.write(False)
time.sleep(0.5)
except KeyboardInterrupt:
LED_GPIO.write(False)
break
except IOError:
print ("Error")
LED_GPIO.close()运行程序：
chmod 777 gpio.py
./gpio.py
4. 使用 C 程序控制 I/O
下载并解压 C 程序文件，将文件上传到 Omni3576 中（可以参考Samba文件共享）。
进入工程文件夹，在工程中有sysfs_gpio.c、sysfs_gpio.h、main.c 和 Makefile 四个文件：
linaro@linaro-alip:~$ cd Luckfox_GPIO_C && ls
main.c Makefile sysfs_gpio.c sysfs_gpio.h
linaro@linaro-alip:~/Luckfox_GPIO_C$在 sysfs_gpio.h 文件中定义了 Omni3576 的引脚物理编码，并且在主函数 main.c 中调用，可根据自己需求修改：
#sysfs_gpio.h
....
#define I2C0_SDA 18 // 3,18
#define I2C0_SCL 17 // 5,17
#define UART8_TX 70 // 7,70
#define GPIO17 98 //11,98
#define GPIO27 99 //13,99
#define GPIO22 13 //15.13
#define SPI0_MOSI 24 //19,24
#define SPI0_MISO 25 //21,25
#define SPI0_CLK 23 //23,23
#define I2C8_SDA 79 //27,79
#define UART8_RX 71 //29,71
#define GPIO6 151 //31,151
#define GPIO13 97 //33,97
#define SPI4_MISO 138 //35,138
#define GPIO26 72 //37,72
#define UART2_TX 141 //8,141
#define UART2_RX 140 //10,140
#define PWM2 27 //12,27
#define GPIO23 12 //16,12
#define GPIO24 21 //18,21
#define GPIO25 77 //22,77
#define SPI0_CS0 22 //24,22
#define SPI0_CS1 19 //26,19
#define I2C8_SCL 78 //28,78
#define GPIO12 96 //32,96
#define GPIO16 95 //36,95
#define SPI4_MOSI 137 //38,137
#define SPI4_CLK 136 //40,136
....
#main.c
....
int x[28] = {I2C0_SDA, I2C0_SCL, UART8_TX, GPIO17, GPIO27,
GPIO22, SPI0_MOSI, SPI0_MISO, SPI0_CLK, I2C8_SDA,UART8_RX,
GPIO6, GPIO13, SPI4_MISO, GPIO26,UART2_TX, UART2_RX, PWM2,
GPIO23, GPIO24, GPIO25, SPI0_CS0, SPI0_CS1, I2C8_SCL, GPIO12,
GPIO16, SPI4_MOSI, SPI4_CLK};
....编译程序：
root@luckfox:/home/luckfox/Luckfox_GPIO_C# make
cc -c sysfs_gpio.c -o sysfs_gpio.o
cc -c main.c -o main.o
cc sysfs_gpio.o main.o -o sysfs_gpio运行程序，可以在终端上查看 GPIO信息，并逐个点亮和熄灭LED：
root@luckfox:/home/luckfox/Luckfox_GPIO_C# ./sysfs_gpio
Debug: Export: Pin18
Debug: Pin18:Output
Debug: Export: Pin17
Debug: Pin17:Output
Debug: Export: Pin70
Debug: Pin70:Output
Debug: Export: Pin98
Debug: Pin98:Output
Debug: Export: Pin99
Debug: Pin99:Output
Debug: Export: Pin13
Debug: Pin13:Output
Debug: Export: Pin24
Debug: Pin24:Output
Debug: Export: Pin25
Debug: Pin25:Output
Debug: Export: Pin23
Debug: Pin23:Output
Debug: Export: Pin79
Debug: Pin79:Output
Debug: Export: Pin71
Debug: Pin71:Output
....
5. 设备树简介
GPIO DTS 源文件在
kernel-6.10/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3576.dtsi已经定义，我们可以直接调用。gpio2: gpio@2ae20000 {
compatible = "rockchip,gpio-bank";
reg = <0x0 0x2ae20000 0x0 0x200>;
interrupts = <GIC_SPI 161 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
clocks = <&cru PCLK_GPIO2>, <&cru DBCLK_GPIO2>;
gpio-controller;
#gpio-cells = <2>;
gpio-ranges = <&pinctrl 0 64 32>;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
};如果想要设置
GPIO输入输出，以控制 LED 为例，可以在设备文件kernel-6.1/arch/arm64/boot/dts/rockchip/luckfox-omni3576.dts文件中定义：/ {
model = "Luckfox Omni3576";
compatible = "luckfox,omni3576", "rockchip,rk3576";
gpio2pb0:gpio2pb0 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&gpio2_pb0>;
gpios = <&gpio2 RK_PB0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};
};
&pinctrl {
gpio2-pb0 {
gpio2_pb0:gpio2-pb0 {
rockchip,pins = <2 RK_PB0 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>;
};
};
};如果想要设置
GPIO中断，可以在设备文件kernel-6.1/arch/arm64/boot/dts/rockchip/luckfox-omni3576.dts文件中定义：/ {
model = "Luckfox Omni3576";
compatible = "luckfox,omni3576", "rockchip,rk3576";
gpio2pb0:gpio2pb0 {
compatible = "rockchip,gpio-bank";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&gpio2_pb0>;
interrupt-parent = <&gpio2>;
interrupts = <RK_PB0 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
};
};
&pinctrl {
gpio2-pb0 {
gpio2_pb0:gpio2-pb0 {
rockchip,pins = <2 RK_PB0 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_none>;
};
};
};IRQ_TYPE_NONE：无定义中断触发类型IRQ_TYPE_EDGE_RISING：上升沿触发IRQ_TYPE_EDGE_FALLING：下降沿触发IRQ_TYPE_EDGE_BOTH：上升沿和下降沿都触发IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH：高电平触发IRQ_TYPE_LEVEL_LOW：低电平触发