GPIO 控制和操作-使用命令通过sysfs文件系统控制GPIO

使用 sysfs 文件系统控制GPIO

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前言-需求

• 了解 sysfs 如何通过命令控制GPIO
• 通过控制GPIO来控制LED灯亮灭

参考资料

原理图-复位开关和三极管点亮Led灯分析

之前分析过原理图，这里可以参考下，至少原理图要看得懂吧。

这里我们以RK3568 开发板，进行实例操作分析

一、内核配置

使用 sysfs 方式控制 gpio， 首先需要底层驱动的支持， 需要在 make menuconfig 图形化配置
界面中加入以下配置：

Device Drivers
->GPIO Support
->/sys/class/gpio/xxxx

二、原理图分析-GPIO编号计算

原理图，如下：这里通过GPIO标号 GPIO0_B7，先要计算 pin 脚号是多少。

备注：
在早期接触GPIO编号和pin脚号计算的时候，有两个特别大的困难点

• 原理图看不懂，可能跟你的需求没关系，但是关联到这个是知识点 一脸懵逼
• pin脚号计算，不知道怎么计算，理解不了。 看了资料也理解不了。

   当你仔细阅读资料，做多了，理解了pincontrol、sysfs、基本原理电路图 后，慢慢发现，这些都是1+1 等于2 一样简单，最最最基本的知识点。只是 初学者而言处处是一道坎！

   RK3568 有 5 组 GPIO bank： GPIO0~GPIO4， 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 //bank 为组号， number 为小组编号
GPIO 小组编号计算公式： number = group * 8 + X

GPIO0_PB7 pin 脚计算方法

bank = 0; //GPIO0_B7=> 0, bank ∈ [0,4]
group = 1; //GPIO0_B7 => 1, group ∈ {(A=0), (B=1), (C=2), (D=3)}
X = 7; //GPIO4_D7 => 5, X ∈ [0,7]
number = group * 8 + X = 1 * 8 + 7 =15
pin = bank*32 + number= 0 * 32 + 15 = 15;

三、使用sysfs控制接口控制GPIO

GPIO 引脚导出与删除

sysfs 控制接口为/sys/class/gpio/export 和 /sys/class/gpio/unexport

核心概念

在 Linux 的 GPIO Sysfs 接口 中，export 和 unexport 是两个用于 动态管理GPIO引脚用户空间访问权限 的虚拟文件。

GPIO Sysfs 接口： 这是内核提供的一个通过文件系统（通常在 /sys/class/gpio/ 目录下）来控制和配置GPIO的机制。

内核空间 vs 用户空间： 系统上所有的GPIO引脚默认由内核管理，用户空间的程序不能直接访问。export 和 unexport 就是连接内核空间和用户空间的“开关”。

/sys/class/gpio/export

• 作用： “申请”或“导出”一个GPIO引脚。
  当你向 export 文件写入一个GPIO编号时，你是在告诉内核：“请把这个GPIO引脚的控制权交给我，我要在用户空间使用它

• 操作结果：

内核会收到这个请求，然后在 /sys/class/gpio/ 目录下动态创建一个新的目录，名字为 gpio<编号>。例如，你写入 18，就会创建 gpio18 目录。

在这个新创建的目录里，你会找到用于控制和配置这个引脚的文件，最主要的有：
direction： 设置方向（in 输入 / out 输出）

value： 读取（输入时）或设置（输出时）引脚的电平（0 低 / 1 高）

edge： 设置中断触发边沿（如 none, rising, falling, both），用于输入中断。

• 使用方法：

# 假设我们要使用 GPIO 18
echo 18 > /sys/class/gpio/export

执行后，检查是否成功：

ls /sys/class/gpio/
# 你会看到 export, unexport, gpio18 等文件和目录

/sys/class/gpio/unexport

• 作用： “ 释放”或“取消导出”一个GPIO引脚。

当你向 unexport 文件写入一个GPIO编号时，你是在告诉内核：“我用完这个GPIO引脚了，请收回控制权，并清理掉用户空间的访问接口。”

• 操作结果：
  内核会收到这个请求，然后删除之前在 /sys/class/gpio/ 目录下为这个GPIO创建的目录（例如 gpio18）。之后，用户空间程序将无法再通过 /sys/class/gpio/gpio18/ 下的文件来访问这个引脚。

• 使用方法：

# 释放我们刚才使用的 GPIO 18
echo 18 > /sys/class/gpio/unexport

执行后，检查是否成功：

ls /sys/class/gpio/
# 你会发现 gpio18 目录已经消失了

区别与联系

特性	export	unexport
核心作用	申请/导出 GPIO引脚	释放/取消导出 GPIO引脚
操作方向	内核 -> 用户空间 (开放权限)	用户空间 -> 内核 (收回权限)
操作对象	要操作的 GPIO编号	要释放的 GPIO编号
结果	在 /sys/class/gpio/ 下创建 gpioX 目录	从 /sys/class/gpio/ 下删除 gpioX 目录
类比	像 malloc() 或 new (申请内存)	像 free() 或 delete (释放内存)
文件性质	只写文件	只写文件

控制LED的导出export 操作

如上已经介绍了部分export 知识点，那么针对原理图 LED 灯的 GPIO0_B7 pin 引脚标号：15
所以，我们进行export 操作，结果如下：

export 导出失败问题

可能存在两个失败详细，export 导出不成功。

• 内核没有配置gpio 支持 ，如上内核配置说明部分
• 内核配置了，但是GPIO 标号对应的引脚编号已经被占用了，默认情况下被占用的，就要屏蔽掉。

报错如下：

解决方案：
路径：arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568-evb.dtsi 中屏蔽掉 work_led 相关 设备数配置

GPIO export 导出后进行控制

我们看导出结果，如上已经说明：

我们直接去软链接对应的gpio设备下看看：

基础文件active_low、direction、edge、value 描述

进行控制时候，首先要搞清楚这些文件是做什么的。

active_low 极性反转设置

含义：极性反转设置

0（默认）：正常模式，value=1表示高电平，value=0表示低电平
1：反转模式，value=1表示低电平，value=0表示高电平

使用场景：

# 对于低电平有效的设备（如低电平触发的LED）
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio4/active_low
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio4/value  # 实际输出低电平，点亮LED

direction GPIO方向设置

含义：GPIO方向设置

• in：输入模式（读取外部信号）
• out：输出模式（控制外部设备）
• low/high：输出模式并立即设置初始电平

示例

echo "in" > /sys/class/gpio/gpio4/direction    # 设置为输入
echo "out" > /sys/class/gpio/gpio4/direction   # 设置为输出
echo "low" > /sys/class/gpio/gpio4/direction   # 输出模式，初始低电平

edge 中断触发边沿

含义：中断触发边沿（仅在输入模式下有效）

• none：无中断触发（默认）
• rising：上升沿触发（低电平→高电平）
• falling：下降沿触发（高电平→低电平）
• both：双边沿触发（上升和下降都触发）

示例：

echo "rising" > /sys/class/gpio/gpio4/edge  # 设置上升沿中断

value GPIO的电平值

含义：GPIO的电平值

• 输出模式：写入1（高电平）或0（低电平）
• 输入模式：读取当前引脚电平状态

示例：

# 输出模式
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio4/value  # 输出高电平
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio4/value  # 输出低电平# 输入模式
cat /sys/class/gpio/gpio4/value       # 读取当前电平

RK3568 命令控制LED灯

如上已经分析了基本的 文件表示意思，那么我们继续看原理图：

那么不就是GPIO0_B7 处于高电平的时候，三极管导通，LED灯亮。

实验：灭灯-亮灯

echo 0 > value  灭灯了查看 极性值：  cat active_low  返回0 ， 是默认的极性。 echo 1 > value  控制，亮灯了。

实验-更改极性

 # echo 1 > active_low  更改极性echo 0 > value     设置value 值，灯居然亮了，和上面验证恰好相反的。  

总结

• GPIO 基本知识了解，通过命令控制
• 使用命令通过sysfs文件系统控制GPIO，间接控制了LED灯亮、灭