Linux操作GPIO口或I2C

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Linux操作GPIO口或I2C

GPIO口是一种非常简单的IO操作，也非常常用接口，一般用于设备控制外部接入或输出开关；

通常来说，控制GPIO可以通过主板上原生IO口，也可以通过I2C芯片扩展IO两种方式。原生IO比较好理解，一般来说，通过输出1或0就可以实现拉高拉低操作。I2C芯片扩展呢？主板这侧通过I2c通讯协议，操作芯片（例如PCA9555、PCA9534之类）寄存器的值，由芯片控制其外接IO，这种芯片逻辑结构非常简单，有扩展8路IO、也有16路的，像某些主板或开发板都是通过类似信息扩展然后支持触摸屏等外设，内核挂载个驱动即可，因此，如果我们自己要控制的话，就需要了解I2C通讯协议以及相关知识。

不管原生还是扩展的，都需要硬件原理图支持，可能还需要内核的支持，对于应用开发者，这需要多种角色配合或者你自己搞得定。

1、如何控制原生GPIO？

很简单，首先要确认IO对应number。一般来说，硬件会告诉你，xx外设接在GPIOx_Yz （例如：GPIO4_D2），那么用户态怎么read or write？

先计算number：

number = x * 32 + (Y - ‘A’) * 8 + z

GPIO4_D2 = 4 * 32 + 3 * 8 + 2 = 154

2. 查看该io是否被扩展：

ls /sys/class/gpio/gpio154

若不存在，需要export下

echo 154 > /sys/class/gpio/export

3. 然后查看IO direction（输入or输出）

cat /sys/class/gpio/gpio154/direction

若与实际不符

需要配置下：

//配置成输出

echo out > /sys/class/gpio/gpio154/direction

//配置成输入

echo in > /sys/class/gpio/gpio154/direction

4. 操作value

//当io为 in时，获取IO值

cat /sys/class/gpio/gpio154/value

//当Io为out，设置1，或设置0

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio154/value

2. 扩展芯片访问IO口

如果成熟点或厉害点，可以自己在dts整个驱动，将芯片IO映射成主板的IO，这个也是Linux下非常通用操作，这样之后，我们访问扩展芯片的IO就像访问本地IO一样，方法如上；

但这个需要知道number，这个时候，我们如何查询io number呢？

2.1 首先，要知道该芯片挂载到哪个dev下面

一般硬件人员也会提供一个i2c的号，

ls /dev/i2c-1 i2c-1 就是第一路i2c

也可以通过

/sys/class/gpio# ls -l

total 0

--w------- 1 root root 4096 Apr 14 09:36 export

gpio11 -> ../../devices/platform/fdd60000.gpio/gpiochip0/gpio/gpio11

gpio154 -> ../../devices/platform/fe770000.gpio/gpiochip4/gpio/gpio154

gpiochip0 -> ../../devices/platform/fdd60000.gpio/gpio/gpiochip0

gpiochip128 -> ../../devices/platform/fe770000.gpio/gpio/gpiochip128

gpiochip32 -> ../../devices/platform/fe740000.gpio/gpio/gpiochip32

gpiochip479 -> ../../devices/platform/fe5a0000.i2c/i2c-1/1-0022/gpio/gpiochip479

devices/platform/fe5a0000.i2c/i2c-1/1-0022/gpio/gpiochip479

“gpiochip”是指扩展芯片的，一般是一组

此处可知：i2c-1/1-0022 挂载地址0x22

2.2 查看寄存器内容：

/sys/bus/i2c/devices/i2c-1# i2cdetect -r -y 1

也可以看哪些地址被使用（挂载）

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f

00:                         -- -- -- -- -- -- -- --

10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

20: -- UU UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- //此时，0x21 0x22 以及 0x51 都是链接i2c

30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

50: -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

70: -- -- -- -- -- -- -- --

查看寄存器内容：

/sys/class/gpio# i2cdump -y -f 1 0x22

No size specified (using byte-data access)

     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef

00: f5 fa ff ff 00 00 6b f5 XX XX XX XX XX XX XX XX    ??....k?XXXXXXXX

10: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX

20: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX

30: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX

结合芯片手册，就可知道具体含义：

一般是 in out ... config 这样

in out是value的值，config是IO的方向

这些值都按位考虑的，即每个bit表示一个IO口

2.3 i2c与gpioxxx映射关系

对于芯片扩展的，我们需要知道base 以及 count

/sys/class/gpio/gpiochip479# cat base

479

/sys/class/gpio/gpiochip479# cat ngpio

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那么此时，对应的芯片IO（0）是479这个号

通过（参考步骤1 就可完成每个IO定义，访问）

echo 479 > /sys/class/gpio/export

类似480是指第2个IO，类推

2.4 用户态代码操作IO口

直接上代码，前提要知道 I2C地址，寄存器地址（一般0x00开始）

#include "I2cDevice.h"
#include <stdio.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "Base/Logger/Define.h"using namespace std;I2cDevice::I2cDevice() : mFile(-1)
{}I2cDevice::~I2cDevice()
{if(mFile != -1){Close();}
}bool I2cDevice::Open(const char *node)
{if(mFile != -1){Close();}mFile = open(node, O_RDWR);if(mFile < 0){mFile = -1;errorf("I2C device open [%s] failed.\\n",node);return false;}return true;
}bool I2cDevice::Close()
{if(mFile != -1){close(mFile);mFile = -1;}return true;
}int I2cDevice::Read(const uint8_t addr, I2cReg* info)
{if(mFile == -1){return -1;}struct i2c_rdwr_ioctl_data data;struct i2c_msg messages[2];uint8_t reg = info->reg;messages[0].addr = addr;        /*device address*/messages[0].flags = 0;          /*write*/messages[0].len = sizeof(reg);messages[0].buf = &reg;         /*data address*/messages[1].addr = addr;        /*device address*/messages[1].flags = I2C_M_RD;   /*read*/messages[1].len = sizeof(info->val);messages[1].buf = &(info->val);data.msgs = messages;data.nmsgs = 2;/*设置从机模式*/ioctl(mFile, I2C_SLAVE_FORCE, addr);if(ioctl(mFile, I2C_RDWR, &data) < 0){debugf("I2C read failed. addr=%02X, reg=%d, val=%d\\n",addr,info->reg,info->val);return -2;}return 0;
}int I2cDevice::Write(const uint8_t addr, const I2cReg &info)
{if(mFile == -1){return -1;}uint8_t buf[2];struct i2c_rdwr_ioctl_data data;struct i2c_msg messages;buf[0] = info.reg;buf[1] = info.val;messages.addr = addr;  /*device address*/messages.flags = 0;    /*write*/messages.len = 2;messages.buf = buf;    /*data address*/data.msgs = &messages;data.nmsgs = 1;/*设置从机模式*/ 必须设置，否则会失败ioctl(mFile, I2C_SLAVE_FORCE, addr);if(ioctl(mFile, I2C_RDWR, &data) < 0){debugf("I2C write failed. addr=%02X, reg=%d, val=%d\\n",addr,info.reg,info.val);return -2;}usleep(1000);return 0;
}

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