Linux GPIO实现快速操作

1. 介绍

GPIO（通用输入输出）是一种在嵌入式系统中常见的功能，用于与外部设备进行简单的数字输入和输出交互。

2. Linux GPIO 简介

Linux 提供了一种方便的方式来操作 GPIO，通过向特定文件进行读写操作，可以实现对 GPIO 线的控制。

2.1 基本配置

在 Linux 下，每个 GPIO 引脚都会被映射到一个 GPIO 编号，并与特定的 GPIO 控制器相关联。可以通过查看相关文档或使用一些工具来确定 GPIO 编号。

2.2 导出 GPIO

要使用一个 GPIO，首先需要导出该 GPIO。导出后，相应的设备文件将出现在/sys/class/gpio 目录下。

echo <GPIO编号> > /sys/class/gpio/export

例如，要导出 GPIO 4，可以执行以下命令：

echo 4 > /sys/class/gpio/export

导出后，会在 /sys/class/gpio/ 目录下生成一个名为 gpio4 的目录。

2.3 配置 GPIO 方向

每个 GPIO 引脚可以被配置为输入或输出模式。

要将 GPIO 配置为输入模式，可以通过修改方向文件实现：

echo in > /sys/class/gpio/gpio4/direction

相应地，要将 GPIO 配置为输出模式：

echo out > /sys/class/gpio/gpio4/direction

3. 快速操作 GPIO

在需要频繁读写 GPIO 的应用中，可以使用库或驱动程序来进行快速操作，以提高性能。

3.1 使用 C 代码进行快速操作

以下是使用 C 代码进行快速操作 GPIO 的示例：

#include <stdio.h>

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
void *map_gpio();
void set_gpio_value(void *gpio_base, int gpio_offset, int value);
int get_gpio_value(void *gpio_base, int gpio_offset);
int main() {
    void *gpio_base = map_gpio();
    int gpio_offset = 4;  // 使用 GPIO 4
    int value = 1;  // 设置为高电平
    set_gpio_value(gpio_base, gpio_offset, value);
    sleep(1);
    value = get_gpio_value(gpio_base, gpio_offset);
    printf("GPIO value: %d\n", value);
    return 0;
}
void *map_gpio() {
    int fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
    if (fd < 0) {
        perror("Failed to open /dev/mem");
        return NULL;
    }
    void *gpio_base = mmap(NULL, 0x1000, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0x3F200000);
    if (gpio_base == MAP_FAILED) {
        perror("Failed to mmap GPIO");
        return NULL;
    }
    close(fd);
    return gpio_base;
}
void set_gpio_value(void *gpio_base, int gpio_offset, int value) {
    int reg_offset = (gpio_offset / 10) * 4;
    int bit_offset = (gpio_offset % 10);
    int *gpio_reg = (int *)((char *)gpio_base + reg_offset);
    if (value) {
        *gpio_reg |= (1 << bit_offset);
    } else {
        *gpio_reg &= ~(1 << bit_offset);
    }
}
int get_gpio_value(void *gpio_base, int gpio_offset) {
    int reg_offset = (gpio_offset / 10) * 4;
    int bit_offset = (gpio_offset % 10);
    int *gpio_reg = (int *)((char *)gpio_base + reg_offset);
    return (*gpio_reg >> bit_offset) & 1;
}

3.2 编译和运行

使用以下命令编译程序：

gcc -o gpio gpio.c

然后运行编译后的可执行文件：

./gpio

4. 结论

使用 Linux GPIO 接口，可以方便地实现对 GPIO 引脚的读写操作。如果应用需要频繁读写 GPIO，可以使用快速操作方法来提高性能。

希望本文能够帮助您理解如何在 Linux 上实现快速 GPIO 操作。