1. GPIO简介
GPIO（General Purpose Input/Output）是一种通用输入/输出接口，用来与外部硬件设备进行数据交互。在Linux系统中，GPIO的控制主要通过文件系统进行，通过读写相应的文件来控制GPIO引脚的状态。
2. Linux下GPIO文件系统的结构
在Linux系统中，GPIO的控制是基于/sys/class/gpio目录下的文件进行的。该目录下的每个子目录代表一个GPIO引脚，其中包含了与该引脚相关的文件。
具体来说，每个GPIO引脚的控制都涉及到以下几个文件：
2.1 export文件
export文件用于导出一个GPIO引脚的控制权限，将相应的引脚设为控制模式。通过向该文件写入引脚编号，即可将该引脚导出。例如，要导出GPIO1引脚，可以执行以下命令：
echo 1 > /sys/class/gpio/export导出后，会在/sys/class/gpio目录下生成一个gpio1的子目录。
2.2 unexport文件
unexport文件用于取消GPIO引脚的控制权限，将相应的引脚设为普通IO模式。通过向该文件写入引脚编号，即可取消导出。例如，取消导出GPIO1引脚的命令如下：
echo 1 > /sys/class/gpio/unexport取消导出后，gpio1子目录将被删除。
2.3 direction文件
direction文件用于设置GPIO引脚的方向，即输入还是输出。通过向该文件写入in或out，即可设置相应的方向。例如，将GPIO1引脚设置为输出模式的命令如下：
echo out > /sys/class/gpio/gpio1/direction要将GPIO1引脚设置为输入模式，则将out替换为in即可。
2.4 value文件
value文件用于读取或设置GPIO引脚的电平状态。对于输出引脚，可以向该文件写入0或1来设置电平。对于输入引脚，可以从该文件读取电平值。例如，将GPIO1引脚设置为高电平的命令如下：
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio1/value要读取GPIO1引脚的电平值，则需要从value文件中读取。
3. 使用C语言控制GPIO
为了更灵活地控制GPIO，我们可以使用C语言编写程序来实现GPIO的控制。下面是一个简单的示例程序：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#define GPIO_PIN 1
int main()
{
int fd;
char buf[10];
// 导出GPIO引脚
fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
if (fd < 0) {
perror("open");
exit(1);
}
sprintf(buf, "%d", GPIO_PIN);
if (write(fd, buf, sizeof(buf)) < 0) {
perror("write");
exit(1);
}
close(fd);
// 设置引脚方向为输出
sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", GPIO_PIN);
fd = open(buf, O_WRONLY);
if (fd < 0) {
perror("open");
exit(1);
}
if (write(fd, "out", 3) < 0) {
perror("write");
exit(1);
}
close(fd);
// 设置引脚为高电平
sprintf(buf, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", GPIO_PIN);
fd = open(buf, O_WRONLY);
if (fd < 0) {
perror("open");
exit(1);
}
if (write(fd, "1", 1) < 0) {
perror("write");
exit(1);
}
close(fd);
return 0;
}
通过该程序，可以导出GPIO引脚、设置引脚方向为输出、设置引脚电平为高电平。
需要注意的是，GPIO的控制权限通常需要root用户才能执行，所以一般需要以root身份运行程序。
4. 总结
本文介绍了在Linux系统下控制GPIO的实现方式。通过/sys/class/gpio目录下的文件系统，我们可以灵活地控制GPIO引脚的导出、方向和电平状态。同时，通过C语言编写程序，可以更方便地进行GPIO的控制。
GPIO的控制对于嵌入式系统开发和物联网应用非常重要，掌握GPIO的使用方法对于进行硬件与软件的交互具有重要意义。