GPIO 使用 简介 GPIO，全称 General-Purpose Input/Output（通用输入输出），是一种软件运 行期间能够动态配置和控制的通用引脚。 所有的 GPIO 在上电后的初始状态都 是输入模式，可以通过软件设为上拉或下拉，也可以设置为中断脚，驱动强度都 是可编程的，其核心是填充 GPIO bank 的方法和参数，并调用 gpiochip_add 注册到内核中。 Rockchip 矩阵 IO 功能列表 ROC-RK3506J-CC 支持一个 Rockchip Matrix IO（RM_IO），旨在让众多功能信 号共享到有限的引脚接口。在同一矩阵内，任何函数信号可以通过软件配置映射 到任何引脚接口。RM_IO 支持 98 个功能信号映射到 32 个引脚接口（ GPIO0_A0~GPIO0_C7, GPIO1_B1~GPIO1_B3, GPIO1_C2~GPIO1_C3、 GPIO1_D1~GPIO1_D3） 。 具体 RM_IO 功能列表详见芯片 Datasheet 文档： "/path/to/sdk/docs/en/Socs/Datasheet/Rockchip RK3506B Datasheet V1.0-20240816.pdf" ROC-RK3506J-CC 开发板为了方便用户开发使用，引出了GPIO口供用户调试和开 发，可以用到的 GPIO0_C2。 GPIO引脚计算 ROC-RK3506J-CC 有 4 组 GPIO bank：GPIO0~GPIO3，每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分，常用以下公式计算引脚： GPIO pin脚计算公式：pin = bank * 32 + number GPIO 小组编号计算公式：number = group * 8 + X 下面演示 GPIO0_C2 pin脚计算方法： bank = 0;      //GPIO0_C2 => 0, bank ∈ [0,4] group = 2;      //GPIO0_C2 => 2, group ∈ {(A=0), (B=1), (C=2), (D=3)} X = 2;       //GPIO0_C2 => 2, X ∈ [0,7] number = group * 8 + X = 2 * 8 + 2 = 18 pin = bank*32 + number= 0 * 32 + 18 = 18; GPIO0_C2 对应的设备树属性描述为:<&gpio0 18 GPIO_ACTIVE_HIGH>,由 "kernel/include/dt-bindings/pinctrl/rockchip.h"的宏定义可知，也可以将 GPIO0_C2 描述为<&gpio0 RK_PC2 GPIO_ACTIVE_HIGH>。 #define RK_PA0 0 #define RK_PA1 1 #define RK_PA2 2 #define RK_PA3 3 #define RK_PA4 4 #define RK_PA5 5 #define RK_PA6 6 #define RK_PA7 7 #define RK_PB0 8 #define RK_PB1 9 #define RK_PB2 10 #define RK_PB3 11 ... 当 GPIO0_C2 脚没有被其它外设复用时，我们可以通过 export 导出该引脚去使 用 root@rk3506-buildroot:/# ls /sys/class/gpio/ export gpiochip0 gpiochip128 gpiochip32 gpiochip503 gpiochip511 gpiochip64 gpiochip96 unexport root@rk3506-buildroot:/# echo 18 > /sys/class/gpio/export root@rk3506-buildroot:/# ls /sys/class/gpio/ export gpio18 gpiochip0 gpiochip128 gpiochip32 gpiochip503 gpiochip511 gpiochip64 gpiochip96 unexport root@rk3506-buildroot:/# ls /sys/class/gpio/gpio18 active_low device direction edge power subsystem uevent value 输入输出 应用层设置 在上述 export 导出引脚后，可以直接设置 gpio 为输入模式或者输出模式 查看当前 gpio 的模式 root@rk3506-buildroot:/# cat /sys/class/gpio/gpio18/direction in 设置为输入模式 root@rk3506-buildroot:/# echo in > /sys/class/gpio/gpio18/direction 在输入模式下，直接查看 value 文件的值即可知道输入的电平 root@rk3506-buildroot:/# cat /sys/class/gpio/gpio18/value 0 设置为输出模式 root@rk3506-buildroot:/# echo out > /sys/class/gpio/gpio18/direction 设置输出高电平 root@rk3506-buildroot:/# echo 1 > /sys/class/gpio/gpio18/value 设置输出低电平 root@rk3506-buildroot:/# echo 0 > /sys/class/gpio/gpio18/value 驱动层设置 "of_get_named_gpio_flags" 从设备树中读取 "gpio" 和 "irq-gpio" 的 GPIO 配置编号和标志，"gpio_is_valid" 判断该 GPIO 编号是否有效， "gpio_request" 则申请占用该 GPIO。如果初始化过程出错，需要调用 "gpio_free" 来释放之前申请过且成功的 GPIO 。在驱动中调用 "gpio_direction_output" 就可以设置输出高还是低电平，这里默认输出从 DTS 获取得到的有效电平 "GPIO_ACTIVE_HIGH"，即为高电平，如果驱动正常工作， 可以用万用表测得对应的引脚应该为高电平。实际中如果要读出 GPIO，需要先 设置成输入模式，然后再读取值： int val; gpio_direction_input(your_gpio); val = gpio_get_value(your_gpio); 下面是常用的 GPIO API 定义： #include #include enum of_gpio_flags { OF_GPIO_ACTIVE_LOW = 0x1, }; int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np, const char *propname, int index, enum of_gpio_flags *flags); int gpio_is_valid(int gpio); int gpio_request(unsigned gpio, const char *label); void gpio_free(unsigned gpio); int gpio_direction_input(int gpio); int gpio_direction_output(int gpio, int v); 中断 IRQ_TYPE_EDGE_RISING 表示中断由上升沿触发，当该引脚接收到上升沿信号时 可以触发中断函数。 这里还可以配置成如下： IRQ_TYPE_NONE //默认值，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 然后在 probe 函数中对 DTS 所添加的资源进行解析，再做中断的注册申请，例 如代码如下： static int firefly_gpio_probe(struct platform_device *pdev) { int ret; int gpio; enum of_gpio_flags flag; struct firefly_gpio_info *gpio_info; struct device_node *firefly_gpio_node = pdev->dev.of_node; ... gpio_info->firefly_irq_gpio = gpio; gpio_info->firefly_irq_mode = flag; gpio_info->firefly_irq = gpio_to_irq(gpio_info->firefly_irq_gpio); if (gpio_info->firefly_irq) { if (gpio_request(gpio, "firefly-irq-gpio")) { dev_err(&pdev->dev, "firefly-irq-gpio: %d request failed!\n", gpio); gpio_free(gpio); return IRQ_NONE; } ret = request_irq(gpio_info->firefly_irq, firefly_gpio_irq, flag, "firefly-gpio", gpio_info); if (ret != 0) { free_irq(gpio_info->firefly_irq, gpio_info); dev_err(&pdev->dev, "Failed to request IRQ: %d\n", ret); } } printk("Firefly irq gpio finish \n"); return 0; } static irqreturn_t firefly_gpio_irq(int irq, void *dev_id) //中断函数 { printk("Enter firefly gpio irq test program!\n"); return IRQ_HANDLED; } 调用 "gpio_to_irq" 把 GPIO 的 PIN 值转换为相应的 IRQ 值，调用 "gpio_request" 申请占用该 IO 口，调用 "request_irq" 申请中断，如果失败 要调用 "free_irq" 释放，该函数中 "gpio_info-firefly_irq" 是要申请的硬 件中断号，"firefly_gpio_irq" 是中断函数，"gpio_info->firefly_irq_mode" 是中断处理的属性，"firefly-gpio" 是设备驱动程序名称，"gpio_info" 是该 设备的 "device" 结构，在注册共享中断时会用到。 复用 "该案例仅供参考，最终以实际硬件接口为准" GPIO 口除了通用输入输出、中断 功能外，还可能有其它复用功能，以GPIO0_C2为例，就有如下几个功能： 查看 "/sys/kernel/debug/pinctrl/pinctrl-rockchip-pinctrl/pinmux-pins" ，查看各个引脚的作用，如果发现 GPIO0_C2 被复用为 SPI0_MISO ，则需要在 dts中关闭它。 调试方法 IO指令 GPIO 调试有一个很好用的工具，那就是 IO 指令，ROC-RK3506J-CC 的 Linux 系统默认已经内置了 IO 指令，使用 IO 指令可以实时读取或写入每个 IO 口的 状态，这里简单介绍 IO 指令的使用。首先查看 IO 指令的帮助： root@rk3506-buildroot:/# io --help Unknown option: ? Raw memory i/o utility - $Revision: 1.5 $ io -v -1|2|4 -r|w [-l ] [-f ] [] -v Verbose, asks for confirmation -1|2|4 Sets memory access size in bytes (default byte) -l Length in bytes of area to access (defaults to one access, or whole file length) -r|w Read from or Write to memory (default read) -f File to write on memory read, or to read on memory write The memory address to access The value to write (implies -w) Examples: io 0x1000 Reads one byte from 0x1000 io 0x1000 0x12 Writes 0x12 to location 0x1000 io -2 -l 8 0x1000 Reads 8 words from 0x1000 io -r -f dmp -l 100 200 Reads 100 bytes from addr 200 to file io -w -f img 0x10000 Writes the whole of file to memory Note access size (-1|2|4) does not apply to file based accesses. 从帮助上可以看出，如果要读或者写一个寄存器，可以用： io -4 -r 0x1000 //读从0x1000起的4位寄存器的值 io -4 -w 0x1000 //写从0x1000起的4位寄存器的值 GPIO 调试接口 Debugfs 文件系统目的是为开发人员提供更多内核数据，方便调试。 这里 GPIO 的调试也可以用 Debugfs 文件系统，获得更多的内核信息。GPIO 在 Debugfs 文件系统中的接口为 "/sys/kernel/debug/gpio"，可以这样读取该接口的信息 ： root@rk3506-buildroot:/# cat /sys/kernel/debug/gpio gpiochip0: GPIOs 0-31, parent: platform/ff940000.gpio, gpio0: gpio-1 ( |wd-en ) in lo gpio-18 ( |sysfs ) out lo gpio-24 ( |hp-det ) in lo IRQ gpiochip1: GPIOs 32-63, parent: platform/ff870000.gpio, gpio1: gpiochip2: GPIOs 64-95, parent: platform/ff1c0000.gpio, gpio2: gpiochip3: GPIOs 96-127, parent: platform/ff1d0000.gpio, gpio3: gpiochip4: GPIOs 128-159, parent: platform/ff1e0000.gpio, gpio4: gpiochip5: GPIOs 272-287, parent: i2c/0-0021, 0-0021, can sleep: gpio-272 ( |enable ) out hi gpio-273 ( |enable ) out hi gpio-274 ( |reset ) out hi ACTIVE LOW gpio-276 ( |:user ) out hi gpio-277 ( |vcc5v0-otg0-otg1-reg) out hi gpio-281 ( |vcc-wifi-pwren-regul) out lo ACTIVE LOW gpio-282 ( |spk-con ) out lo gpio-284 ( |vcc-hub-reset-regula) out hi gpio-285 ( |vcc-host1-pwr-en-reg) out hi gpio-286 ( |:power ) out hi gpio-287 ( |hp-con ) out lo ... 从读取到的信息中可以知道，内核把 GPIO 当前的状态都列出来了，以 GPIO0 组为例，gpio-18(GPIO0_C2) 输出低电平 (out lo)。 查看 pinmux-pins 使用命令 root@rk3506-buildroot:/# cat /sys/kernel/debug/pinctrl/pinctrl-rockchip-pinctrl/pinmux-pins 得到结果 Pinmux settings per pin Format: pin (name): mux_owner gpio_owner hog? pin 0 (gpio0-0): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 1 (gpio0-1): (MUX UNCLAIMED) gpio0:1 pin 2 (gpio0-2): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 3 (gpio0-3): ff932000.pwm (GPIO UNCLAIMED) function rm_io3 group rm-io3-pwm0-ch2 pin 4 (gpio0-4): ff040000.i2c (GPIO UNCLAIMED) function rm_io4 group rm-io4-i2c0-scl pin 5 (gpio0-5): ff040000.i2c (GPIO UNCLAIMED) function rm_io5 group rm-io5-i2c0-sda pin 6 (gpio0-6): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED) pin 7 (gpio0-7): 0-0051 (GPIO UNCLAIMED) function hym8563 group hym8563-int pin 8 (gpio0-8): 0-0011 (GPIO UNCLAIMED) function rm_io8 group rm-io8-sai1-mclk pin 9 (gpio0-9): ff310000.sai (GPIO UNCLAIMED) function rm_io9 group rm-io9-sai1-sclk pin 10 (gpio0-10): ff310000.sai (GPIO UNCLAIMED) function rm_io10 group rm-io10-sai1-lrck pin 11 (gpio0-11): ff310000.sai (GPIO UNCLAIMED) function rm_io11 group rm-io11-sai1-sdi pin 12 (gpio0-12): ff310000.sai (GPIO UNCLAIMED) function rm_io12 group rm-io12-sai1-sdo0 ... 解析： "pin 0"这一列表示引脚编号，"gpio0-0"这一列表示gpio组编号，后面 "MUX UNCLAIMED"这一列表示数据选择器的拥有者，"GPIO UNCLAIMED"这一列表 示gpio的拥有者。 其中 "MUX UNCLAIMED" 表示该引脚还没有被节点使用pinctrl去进行控制。 "GPIO UNCLAIMED"表示还没有注册的gpio使用该引脚 FAQs Q1: 如何将 PIN 的 MUX 值切换为一般的 GPIO？ A1: 当使用 GPIO request 时候，会将该 PIN 的 MUX 值强制切换为 GPIO，所 以使用该 PIN 脚为 GPIO 功能的时候确保该 PIN 脚没有被其他模块所使用。 Q2: 为什么我用 IO 指令读出来的值都是 0x00000000？ A2: 如果用 IO 命令读某个 GPIO 的寄存器，读出来的值异常,如 0x00000000 或 0xffffffff 等，请确认该 GPIO 的 CLK 是不是被关了，GPIO 的 CLK 是由 CRU 控制，可以通过读取 datasheet 下面 CRU_CLKGATE_CON* 寄存器来查到 CLK 是否开启，如果没有开启可以用 io 命令设置对应的寄存器，从而打开对应 的 CLK，打开 CLK 之后应该就可以读到正确的寄存器值了。 Q3: 测量到 PIN 脚的电压不对应该怎么查？ A3: 测量该 PIN 脚的电压不对时，如果排除了外部因素，可以确认下该 PIN 所 在的 IO 电压源是否正确，以及 IO-Domain 配置是否正确。 Q4: gpio_set_value() 与 gpio_direction_output() 有什么区别？ A4: 如果使用该 GPIO 时，不会动态的切换输入输出，建议在开始时就设置好 GPIO 输出方向，后面拉高拉低时使用 gpio_set_value() 接口，而不建议使用 gpio_direction_output(), 因为 gpio_direction_output 接口里面有 mutex 锁，对中断上下文调用会有错误异常，且相比 gpio_set_value， gpio_direction_output 所做事情更多，浪费。