原子学习笔记4——GPIO 应用编程

一、应用层如何操控 GPIO

与 LED 设备一样，GPIO 同样也是通过 sysfs 方式进行操控，进入到/sys/class/gpio 目录下，如下所示：
在这里插入图片描述

  • 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。随便进入到其中某个目录下，可以看到这些目录下包含了如下文件：
    在这里插入图片描述
    在这个目录我们主要关注的是 base、label、ngpio 这三个属性文件，这三个属性文件均是只读、不可写。

  • base：与 gpiochipX 中的 X 相同，表示该控制器所管理的这组 GPIO 引脚中最小的编号。每一个 GPIO引脚都会有一个对应的编号，Linux 下通过这个编号来操控对应的 GPIO 引脚。
    在这里插入图片描述
    可以看出gpiochip0最小编号为0，而gpiochip32最小编号为32.

  • label：该组 GPIO 对应的标签，也就是名字。
    在这里插入图片描述

  • ngpio：该控制器所管理的 GPIO 引脚的数量（所以引脚编号范围是：base ~ base+ngpio-1）。
    在这里插入图片描述
    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，譬如：

echo 0 > export # 导出编号为 0 的 GPIO 引脚（对于 I.MX6UL/I.MX6ULL 来说，也就是GPIO1_IO0）

导出成功之后会发现在/sys/class/gpio 目录下生成了一个名为 gpio0 的文件夹（gpioX，X 表示对应的编号），如图所示。这个文件夹就是导出来的 GPIO 引脚对应的文件夹，用于管理、控制该 GPIO 引脚。
在这里插入图片描述

  • unexport：将导出的 GPIO 引脚删除。当使用完 GPIO 引脚之后，我们需要将导出的引脚删除，同样该文件也是只写文件、不可读，譬如：
echo 0 > unexport # 删除导出的编号为 0 的 GPIO 引脚

删除成功之后，之前生成的 gpio0 文件夹就会消失！
控制 GPIO 引脚主要是通过 export 导出之后所生成的 gpioX（X 表示对应的编号）文件夹，在该文件夹目录下存在一些属性文件可用于控制 GPIO引脚的输入、输出以及输出的电平状态等。
Tips：需要注意的是，并不是所有 GPIO 引脚都可以成功导出，如果对应的 GPIO 已经在内核中被使用了，那便无法成功导出，打印如下信息：
在这里插入图片描述
那也就是意味着该引脚已经被内核使用了，譬如某个驱动使用了该引脚，那么将无法导出成功！

gpioX
将指定的编号写入到 export 文件中，可以导出指定编号的 GPIO 引脚，导出成功之后会在/sys/class/gpio目录下生成对应的 gpioX（X 表示 GPIO 的编号）文件夹，以前面所生成的 gpio0 为例，进入到 gpio0 目录，该目录下的文件如下所示：
在这里插入图片描述
我们主要关心的文件是 active_low、direction、edge 以及 value 这四个属性文件，接下来分别介绍这四个属性文件的作用：

  • direction：配置 GPIO 引脚为输入或输出模式。该文件可读、可写，读表示查看 GPIO 当前是输入还是输出模式，写表示将 GPIO 配置为输入或输出模式；读取或写入操作可取的值为"out"（输出模式）和"in"（输入模式），如下所示：
    在这里插入图片描述
  • value：在 GPIO 配置为输出模式下，向 value 文件写入"0"控制 GPIO 引脚输出低电平，写入"1"则控制 GPIO 引脚输出高电平。在输入模式下，读取 value 文件获取 GPIO 引脚当前的输入电平状态。譬如：
# 获取 GPIO 引脚的输入电平状态
echo "in" > direction
cat value
# 控制 GPIO 引脚输出高电平
echo "out" > direction
echo "1" > value
  • active_low：这个属性文件用于控制极性，可读可写，默认情况下为 0，譬如：
# active_low 等于 0 时
echo "0" > active_low
echo "out" > direction
echo "1" > value #输出高
echo "0" > value #输出低
# active_low 等于 1 时
$ echo "1" > active_low
$ echo "out" > direction
$ echo "1" > value #输出低
$ echo "0" > value #输出高

由此看出，active_low 的作用已经非常明显了，对于输入模式来说也同样适用。

  • edge：控制中断的触发模式，该文件可读可写。在配置 GPIO 引脚的中断触发模式之前，需将其设置为输入模式：
非中断引脚：echo "none" > edge
上升沿触发：echo "rising" > edge
下降沿触发：echo "falling" > edge
边沿触发：echo "both" > edge

当引脚被配置为中断后可以使用 poll()函数监听引脚的电平状态变化。

二、GPIO 应用编程之输出

上一小节已经向大家介绍了如何通过 sysfs 方式控制开发板上的 GPIO 引脚，本小节我们编写一个简单地测试程序，控制开发板上的某一个 GPIO 输出高、低不同的电平状态，其示例代码如下所示：

// 示例代码 16.2.1 控制 GPIO 输出高低电平
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
static char gpio_path[100];
static int gpio_config(const char *attr, const char *val)
{
    char file_path[100];
    int len;
    int fd;
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, 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 main(int argc, char *argv[])
{
    // /* 校验传参 
    if (3 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <gpio> <value>\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }
    // /* 判断指定编号的 GPIO 是否导出 
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);
    if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出
        int fd;
        int len;
        if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) {
            perror("open error");
            exit(-1);
        }
        len = strlen(argv[1]);
        if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出 gpio
            perror("write error");
            close(fd);
            exit(-1);
        }
        close(fd); //关闭文件
    }
    // /* 配置为输出模式 
    if (gpio_config("direction", "out"))
        exit(-1);
    // /* 极性设置 
    if (gpio_config("active_low", "0"))
        exit(-1);
    // /* 控制 GPIO 输出高低电平 
    if (gpio_config("value", argv[2]))
        exit(-1);
    // /* 退出程序 
    exit(0);
}

执行程序时需要传入两个参数，argv[1]指定 GPIO 的编号、argv[2]指定输出电平状态（0 表示低电平、1 表示高电平）。
上述代码中首先使用 access()函数判断指定编号的 GPIO 引脚是否已经导出，也就是判断相应的 gpioX目录是否存在，如果不存在则表示未导出，则通过"/sys/class/gpio/export"文件将其导出；导出之后先配置了GPIO 引脚为输出模式，也就是向 direction 文件中写入"out"；接着再配置极性，通过向 active_low 文件中写入"0"（不用配置也可以）；最后再控制 GPIO 引脚输出相应的电平状态，通过对 value 属性文件写入"1"或"0"来使其输出高电平或低电平。
测试：编译的到的可执行文件拷贝到开发板 Linux 系统用户家目录下，执行该应用程序控制开发板上的 GPIO1_IO01 引脚输出高或低电平：

./gpio_out 1 1		#控制 GPIO1_IO01 输出高电平
./gpio_out 1 0		#控制 GPIO1_IO01 输出低电平

执行相应的命令后，可以使用万用表或者连接一个 LED 小灯进行检验，以验证实验结果！

三、GPIO 应用编程之输入

编写一个读取 GPIO 电平状态的测试程序

// 示例代码 16.3.1 读取 GPIO 电平状态
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
static char gpio_path[100];
static int gpio_config(const char *attr, const char *val)
{
    char file_path[100];
    int len;
    int fd;
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, 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 main(int argc, char *argv[])
{
    char file_path[100];
    char val;
    int fd;
    // /* 校验传参 
    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <gpio>\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }
    // /* 判断指定编号的 GPIO 是否导出 
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);
    if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出
        int len;
        if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) {
            perror("open error");
            exit(-1);
        }
        len = strlen(argv[1]);
        if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出 gpio
            perror("write error");
            close(fd);
            exit(-1);
        }
        close(fd); //关闭文件
    }
    // /* 配置为输入模式 
    if (gpio_config("direction", "in"))
        exit(-1);
    // /* 极性设置 
    if (gpio_config("active_low", "0"))
        exit(-1);
    // /* 配置为非中断方式 
    if (gpio_config("edge", "none"))
        exit(-1);
    // /* 读取 GPIO 电平状态 
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value");
    if (0 > (fd = open(file_path, O_RDONLY))) {
        perror("open error");
        exit(-1);
    }
    if (0 > read(fd, &val, 1)) {
        perror("read error");
        close(fd);
        exit(-1);
    }
    printf("value: %c\n", val);
    // /* 退出程序 
    close(fd);
    exit(0);
}

执行程序时需要传入一个参数，argv[1]指定要读取电平状态的 GPIO 对应的编号。
上述代码中首先使用 access()函数判断指定编号的 GPIO 引脚是否已经导出，若未导出，则通过
“/sys/class/gpio/export"文件将其导出；导出之后先配置了 GPIO 引脚为输入模式，也就是向 direction 文件中写入"in”；接着再配置极性、设置 GPIO 引脚为非中断模式（向 edge 属性文件中写入"none"）。最后打开 value 属性文件，读取 GPIO 的电平状态并将其打印出来。

测试：编译的到的可执行文件拷贝到开发板 Linux 系统用户家目录下，执行该应用程序以读取 GPIO1_IO01 引脚此时的电平状态，是高电平还是低电平？
首先通过杜邦线将 GPIO1_IO01 引脚连接到板子上的 3.3V 电源引脚上，接着执行命令读取 GPIO 电平状态：
在这里插入图片描述
打印出的 value 等于 1，表示读取到 GPIO 的电平确实是高电平；接着将 GPIO1_IO01 引脚连接到板子上的 GND 引脚上，执行命令：
在这里插入图片描述
打印出的 value 等于 0，表示读取到 GPIO 的电平确实是低电平；测试结果与实际相符合！

四、GPIO 应用编程之中断

在应用层可以将 GPIO 配置为中断触发模式，譬如将 GPIO 配置为上升沿触发、下降沿触发或者边沿触发，本小节我们来编写一个测试程序，将 GPIO 配置为边沿触发模式并监测中断触发状态。其示例代码如下所示：

// 示例代码 16.4.1 监测 GPIO 中断触发
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
static char gpio_path[100];
static int gpio_config(const char *attr, const char *val)
{
    char file_path[100];
    int len;
    int fd;
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, 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");
        return -1;
    }
    close(fd); //关闭文件
    return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct pollfd pfd;
    char file_path[100];
    int ret;
    char val;
    /* 校验传参 */
    if (2 != argc) {
        fprintf(stderr, "usage: %s <gpio>\n", argv[0]);
        exit(-1);
    }
    /* 判断指定编号的 GPIO 是否导出 */
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);
    if (access(gpio_path, F_OK)) {//如果目录不存在 则需要导出
        int len;
        int fd;
        if (0 > (fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY))) {
            perror("open error");
            exit(-1);
        }
        len = strlen(argv[1]);
        if (len != write(fd, argv[1], len)) {//导出 gpio
            perror("write error");
            exit(-1);
        }
        close(fd); //关闭文件
    }
    /* 配置为输入模式 */
    if (gpio_config("direction", "in"))
        exit(-1);
    /* 极性设置 */
    if (gpio_config("active_low", "0"))
        exit(-1);
    /* 配置中断触发方式: 上升沿和下降沿 */
    if (gpio_config("edge", "both"))
        exit(-1);
    /* 打开 value 属性文件 */
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value");
    if (0 > (pfd.fd = open(file_path, O_RDONLY))) {
        perror("open error");
        exit(-1);
    }
    /* 调用 poll */
    pfd.events = POLLPRI; //只关心高优先级数据可读（中断）
    read(pfd.fd, &val, 1);//先读取一次清除状态
    for ( ; ; ) {
        ret = poll(&pfd, 1, -1); //调用 poll
        if (0 > ret) {
            perror("poll error");
            exit(-1);
        }
        else if (0 == ret) {
            fprintf(stderr, "poll timeout.\n");
            continue;
        }
        /* 校验高优先级数据是否可读 */
        if(pfd.revents & POLLPRI) {
            if (0 > lseek(pfd.fd, 0, SEEK_SET)) {//将读位置移动到头部
                perror("lseek error");
                exit(-1);
            }
            if (0 > read(pfd.fd, &val, 1)) {
                perror("read error");
                exit(-1);
            }
            printf("GPIO 中断触发<value=%c>\n", val);
        }
    }
    /* 退出程序 */
    exit(0);
}

执行程序时需要传入一个参数，argv[1]指定要读取电平状态的 GPIO 对应的编号。
上述代码中首先使用 access()函数判断指定编号的 GPIO 引脚是否已经导出，若未导出，则通过
"/sys/class/gpio/export"文件将其导出。对 GPIO 进行配置：配置为输入模式、配置极性、将触发方式配置为边沿触发。
打开 value 属性文件，获取到文件描述符，接着使用 poll()函数对 value 的文件描述符进行监视，这里为什么要使用 poll()监视、而不是直接对文件描述符进行读取操作？这里简单的描述一下。poll()函数可以监视一个或多个文件描述符上的 I/O 状态变化，譬如 POLLIN、POLLOUT、POLLERR、POLLPRI 等，其中 POLLIN 和 POLLOUT 表示普通优先级数据可读、可写，而 POLLPRI 表示有高优先级数据可读取，中断就是一种高优先级事件，当中断触发时表示有高优先级数据可被读取。

测试：编译的到的可执行文件拷贝到开发板 Linux 系统用户家目录下，执行该应用程序可
以监测 GPIO 的中断触发。执行应用程序监测 GPIO1_IO01 引脚的中断触发情况，如下所示：
在这里插入图片描述
当执行命令之后，我们可以使用杜邦线将 GPIO1_IO01 引脚连接到 GND 或 3.3V 电源引脚上，来回切换，使得 GPIO1_IO01 引脚的电平状态发生由高到低或由低到高的状态变化，以验证 GPIO 中断的边沿触发情况；当发生中断时，终端将会打印相应的信息，如上图所示。

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本改进已集成到 YOLOv8-Magic 框架。 空间池化已被证明在捕获像素级预测任务的长距离上下文信息方面非常有效，如场景解析。在本文中，我们超越了通常具有N N规则形状的常规空间池化，重新思考空间池化的构成，引入了一种新的池化策略，称为条带池化，它考虑了一个长而窄的核，…
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【Linux】从零开始认识动静态库 -动态库

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送给大家一句话&#xff1a; 我不要你风生虎啸&#xff0c; 我愿你老来无事饱加餐。 – 梁实秋 《我把活着欢喜过了》 ଘ(੭ˊᵕˋ)੭* ੈ✩‧₊˚ଘ(੭ˊᵕˋ)੭* ੈ✩‧₊˚ଘ(੭ˊᵕˋ)੭* ੈ✩‧₊˚ ଘ(੭ˊᵕˋ)੭* ੈ✩‧₊˚ଘ(੭ˊᵕˋ)੭* ੈ✩‧₊˚ଘ(੭ˊᵕˋ)੭…
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