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i.MX6ULL移植内核6.6（二）GPIO子系统和LED子系统

news 2025/9/23 7:38:14

本篇主要内容：

    • 一、应用层操作GPIO的几种方式
      • 1. 通过sysfs系统操作GPIO
      • 2. 通过/dev/mem内存映射直接操作GPIO
      • 3. 通过/dev/gpiochipx操作GPIO（linux4.8新增）
      • 4. 设备树分析
    • 二、LED子系统
      • 1.设备树添加LED节点
      • 2.应用层控制LED
      • 3.内核LED驱动

一、应用层操作GPIO的几种方式

1. 通过sysfs系统操作GPIO

📌以i.IMX6ULL为例，在前一篇移植的6.6内核，GPIO相关的引脚定义和声明均在设备树中已写好，驱动也默认使能。可以直接通过sysfs操作GPIO，在阿尔法开发板上，GPIO1_IO3接了LED，这里可以通过以下命令操作GPIO。

echo 3 > /sys/class/gpio/export		# 导出GPIO1_IO03
echo "out" > /sys/class/gpio/gpio3/direction	# 设置GPIO1_IO03为输出
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio3/value		# GPIO1_IO03输出低电平（此时LED亮）
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio3/value		# GPIO1_IO03输出高电平（此时LED灭）

2. 通过/dev/mem内存映射直接操作GPIO

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>// IMX6ULL GPIO1寄存器基地址
#define GPIO1_BASE 0x0209C000// GPIO寄存器偏移量
#define GPIO_DR     0x00    // 数据寄存器
#define GPIO_GDIR   0x04    // 方向寄存器
#define GPIO_PSR    0x08    // 引脚状态寄存器
#define GPIO_ICR1   0x0C    // 中断配置寄存器1
#define GPIO_ICR2   0x10    // 中断配置寄存器2
#define GPIO_IMR    0x14    // 中断屏蔽寄存器
#define GPIO_ISR    0x18    // 中断状态寄存器
#define GPIO_EDGE_SEL 0x1C // 边沿选择寄存器// 内存映射大小
#define MAP_SIZE 4096UL
#define MAP_MASK (MAP_SIZE - 1)		//0xFFF，4K对齐用int main(int argc, char *argv[]) {if (argc != 2) {fprintf(stderr, "Usage: %s <0|1>\n", argv[0]);fprintf(stderr, "  0: set GPIO1_IO03 low\n");fprintf(stderr, "  1: set GPIO1_IO03 high\n");return -1;}int value = atoi(argv[1]);if (value != 0 && value != 1) {fprintf(stderr, "Invalid value: %s. Must be 0 or 1.\n", argv[1]);return EXIT_FAILURE;}int fd;void *map_base;volatile unsigned long *gpio_dr;volatile unsigned long *gpio_gdir;// 打开/dev/mem 设备if ((fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) == -1) {perror("open /dev/mem");return EXIT_FAILURE;}// 对齐后的GPIO1基地址映射到用户空间map_base = mmap(0, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, GPIO1_BASE & ~MAP_MASK);if (map_base == (void *)-1) {perror("mmap");close(fd);return EXIT_FAILURE;}// 计算寄存器地址off_t gpio_addr = GPIO1_BASE & MAP_MASK;	// 0x0209C000 & 0xfff得到页偏移值，这里偏移是0gpio_gdir = (volatile unsigned long *)((char *)map_base + gpio_addr + GPIO_GDIR);gpio_dr = (volatile unsigned long *)((char *)map_base + gpio_addr + GPIO_DR);// 设置 GPIO1_IO03 为输出模式 (bit3 = 1)*gpio_gdir |= (1 << 3);// 设置输出电平if (value) {*gpio_dr |= (1 << 3);  // 设置高电平printf("Set GPIO1_IO03 HIGH\n");} else {*gpio_dr &= ~(1 << 3); // 设置低电平printf("Set GPIO1_IO03 LOW\n");}// 释放内存、关闭设备if (munmap(map_base, MAP_SIZE) == -1) {perror("munmap");}close(fd);return 0;
}

在这里插入图片描述

3. 通过/dev/gpiochipx操作GPIO（linux4.8新增）

📌这种方式是linux4.8以后新增的方式，也是GPIO子系统一部分，是当前比较新和推荐的方式，毕竟sysfs在2020年被标记为deprecated（废弃），同时，也引入了libgpiod这个库供应用层来操作GPIO，以及相应的命令行测试工具。上一篇使用的根文件系统是不带gpiod相关的命令，这里重新使用buildroot制作了一个根文件系统，并添加了gpiod相关的命令。

在这里插入图片描述

📌命令操作GPIO如下（其它命令略）：

root@ATK-IMX6ULL:~# gpioset /dev/gpiochip0 3=1		# 操作GPIO1_IO3输出高电平
root@ATK-IMX6ULL:~# gpioset /dev/gpiochip0 3=0		# 操作GPIO1_IO3输出低电平

📌libgpiod操作GPIO代码如下：

#include <gpiod.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main() {const char *chipname = "gpiochip0";struct gpiod_chip *chip;struct gpiod_line *line;int ret;// 打开GPIO控制器chip = gpiod_chip_open_by_name(chipname);if (!chip) {perror("Open chip failed");return 1;}// 获取GPIO3（IMX6ULL GPIO1_IO03 = 偏移量 3）line = gpiod_chip_get_line(chip, 3);if (!line) {perror("Get line failed");gpiod_chip_close(chip);return 1;}// 配置为输出模式，初始低电平ret = gpiod_line_request_output(line, "example", 0);if (ret < 0) {perror("Request line as output failed");goto cleanup;}// 设置高电平gpiod_line_set_value(line, 1);printf("GPIO3 has been set HIGH\n");sleep(1);// 设置低电平gpiod_line_set_value(line, 0);printf("GPIO3 has been set LOW\n");cleanup:// 释放资源gpiod_line_release(line);gpiod_chip_close(chip);return 0;
}

在这里插入图片描述

📌编译命令如图所示，需要提前交叉编译好对应的库，最后的运行结果，LED先熄灭1s后亮起

4. 设备树分析

gpio1: gpio@209c000 {		/* GPIO1_IOX基地址0x209c000 *//* 匹配该GPIO控制器兼容的驱动：*/compatible = "fsl,imx6ul-gpio", "fsl,imx35-gpio";reg = <0x0209c000 0x4000>;	/* <寄存器基地址 大小16KB>*/interrupts = <GIC_SPI 66 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,		/* <中断控制器 中断号 触发方式> */<GIC_SPI 67 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;clocks = <&clks IMX6UL_CLK_GPIO1>;		/* 时钟信号 */gpio-controller;		/* gpio控制器 */#gpio-cells = <2>;		/* <&gpio1 3 0> */interrupt-controller;#interrupt-cells = <2>;	/* <引脚复用控制器 GPIO起始编号 iomux控制器起始编号 GPIO数量> *//* 0-9、10-15、16-31 一共32个GPIO */gpio-ranges = <&iomuxc  0 23 10>, <&iomuxc 10 17 6>,<&iomuxc 16 33 16>;
};

📌源码中默认已经开启了GPIO子系统，如果没有可以添加以下配置到.config

CONFIG_GPIOLIB=y //启用GPIO核心库
CONFIG_OF_GPIO=y //允许通过设备树配置GPIO
CONFIG_GPIOLIB_IRQCHIP=y //允许GPIO引脚用于中断请求
CONFIG_GPIO_CDEV=y //启用字符设备（cdev）接口来访问GPIO
CONFIG_GPIO_CDEV_V1=y //使用GPIO字符设备接口的版本V1
CONFIG_GPIO_GENERIC=y //启用通用GPIO框架,提供了标准的GPIO实现

二、LED子系统

1.设备树添加LED节点

gpio-leds {compatible = "gpio-leds";status = "okay";led0 {function = LED_FUNCTION_HEARTBEAT;color = <LED_COLOR_ID_RED>;gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;linux,default-trigger = "heartbeat";};
};

📌关于LED内核所提供的驱动配置路径如下，在设备树中添加以上节点，替换到开发板重启，可以看到LED闪烁

在这里插入图片描述

2.应用层控制LED

root@ATK-IMX6ULL:~# ls /sys/class/leds/*
mmc0::/         mmc1::/         red:heartbeat/
root@ATK-IMX6ULL:~# echo none > /sys/class/leds/red:heartbeat/trigger
root@ATK-IMX6ULL:~# echo 1 > /sys/class/leds/red:heartbeat/brightness
root@ATK-IMX6ULL:~# echo 0 > /sys/class/leds/red:heartbeat/brightness

3.内核LED驱动

📌源码路径:

📂linux-imx-lf-6.6.y/drivers/leds/led-core.c
📂linux-imx-lf-6.6.y/drivers/leds/led-class.c
📂linux-imx-lf-6.6.y/drivers/leds/leds-gpio.c
📂linux-imx-lf-6.6.y/drivers/leds/leds-pwm.c
📂linux-imx-lf-6.6.y/drivers/leds/leds.h

📌楼了一眼代码，有点小复杂看不懂，此处略过。大致的关系如下

源文件层次主要功能
led-class.c核心抽象层定义核心数据结构 struct led_classdev，通过它注册具体的LED设备
led-core.c核心基础实现层提供了LED子系统的核心实现，如sysfs 接口、全局初始化等
leds-gpio.c硬件驱动层控制GPIO引脚上的LED，实现probe函数初始化GPIO并注册LED设备
leds-pwm.c其它功能控制PWM信号驱动的LED，通过调节PWM占空比实现亮度控制
led-triggers.c其它功能实现了LED触发器功能（如 heartbeat、timer）

在这里插入图片描述

http://www.dtcms.com/a/394843.html

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