树莓派使用文件IO操作GPIO SysFs方式

向右看齐 2022-08-18 14:19 175阅读 0赞

**0 前言**

本文描述如果通过文件IO sysfs方式控制树莓派 GPIO端口。通过sysfs方式控制GPIO，先访问/sys/class/gpio目录，向export文件写入GPIO编号，使得该GPIO的操作接口从内核空间暴露到用户空间，GPIO的操作接口包括direction和value等，direction控制GPIO方向，而value可控制GPIO输出或获得GPIO输入。

Linux学习可从应用出发，先不纠结Linux驱动编写，先把Linux给玩起来。

【相同与不同】

本文和【 [EasyARM i.mx28学习笔记——文件IO方式操作GPIO][EasyARM i.mx28_IO_GPIO]】内容相似，大部分代码相同。通过文件IO操作可以有效地避免平台差异，虽然EasyARM im287平台和树莓派完全不同，但是通过sysfs操作GPIO实现代码大致相同。

和EasyARM im287不同，此处并没有使用交叉编译工具，有树莓派中的gcc工具链编译链接获得可执行文件，而EasyARM im287并不能这样操作。EasyARM im287采用busybox指令集，这也与树莓派中的debian指令集存在差异。

【相关博文】

【 [EasyARM i.mx28学习笔记——文件IO方式操作GPIO][EasyARM i.mx28_IO_GPIO]】

【 [树莓派学习笔记——Shell脚本操作GPIO][Shell_GPIO]】

【 [树莓派学习笔记——交叉编译工具链][Link 1]】

【 [ Linux学习笔记——例说makefile 索引博文][Linux_makefile]】

【代码仓库】

代码仓库位于bitbucket—— [rpi-gpio-sysfs][] ，请使用Hg克隆或者直接下载zip包。请不要使用任何版本的IE浏览器访问链接，除非你已经知道所使用的IE浏览器符合HTML5标准。推荐使用谷歌或者火狐浏览器访问，若使用国产双核浏览器请切换到极速模式。

【原理图示意】

![SouthEast][]

图1 连线示意图

**1 暴露GPIO操作接口**

**\[cpp\]**  [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  **static** **int** gpio\_export(**int** pin)  
2.  \{  
3.      **char** buffer\[BUFFER\_MAX\];  
4.      **int** len;  
5.      **int** fd;  
6.    
7.      fd = open("/sys/class/gpio/export", O\_WRONLY);  
8.      **if** (fd < 0) \{  
9.          fprintf(stderr, "Failed to open export for writing!\\n");  
10.         **return**(-1);  
11.     \}  
12.   
13.     len = snprintf(buffer, BUFFER\_MAX, "%d", pin);  
14.     **if** (write(fd, buffer, len) < 0) \{  
15.         fprintf(stderr, "Fail to export gpio!");  
16.         **return** -1;  
17.     \}  
18.      
19.     close(fd);  
20.     **return** 0;  
21. \}

**2 隐藏GPIO操作接口**

**\[cpp\]**  [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  **static** **int** gpio\_unexport(**int** pin)  
2.  \{  
3.      **char** buffer\[BUFFER\_MAX\];  
4.      **int** len;  
5.      **int** fd;  
6.    
7.      fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O\_WRONLY);  
8.      **if** (fd < 0) \{  
9.          fprintf(stderr, "Failed to open unexport for writing!\\n");  
10.         **return** -1;  
11.     \}  
12.   
13.     len = snprintf(buffer, BUFFER\_MAX, "%d", pin);  
14.     **if** (write(fd, buffer, len) < 0) \{  
15.         fprintf(stderr, "Fail to unexport gpio!");  
16.         **return** -1;  
17.     \}  
18.      
19.     close(fd);  
20.     **return** 0;  
21. \}

**3 配置GPIO方向**

**\[cpp\]**  [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  **static** **int** gpio\_direction(**int** pin, **int** dir)  
2.  \{  
3.      **static** **const** **char** dir\_str\[\] = "in\\0out";  
4.      **char** path\[DIRECTION\_MAX\];  
5.      **int** fd;  
6.    
7.      snprintf(path, DIRECTION\_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", pin);  
8.      fd = open(path, O\_WRONLY);  
9.      **if** (fd < 0) \{  
10.         fprintf(stderr, "failed to open gpio direction for writing!\\n");  
11.         **return** -1;  
12.     \}  
13.   
14.     **if** (write(fd, &dir\_str\[dir == IN ? 0 : 3\], dir == IN ? 2 : 3) < 0) \{  
15.         fprintf(stderr, "failed to set direction!\\n");  
16.         **return** -1;  
17.     \}  
18.   
19.     close(fd);  
20.     **return** 0;  
21. \}

【简单说明】

【1】dir\_str\[dir == IN ? 0 : 3\], dir == IN ? 2 : 3 如果输入为常数宏IN， 取dir\_str\[0\]=“in”；若输入常数宏为OUT，取dir\_str\[0\]=“out”。此处巧妙的使用了在数组中的“\\0”。

**4 控制GPIO输出**

**\[cpp\]**  [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  **static** **int** gpio\_write(**int** pin, **int** value)  
2.  \{  
3.      **static** **const** **char** values\_str\[\] = "01";  
4.      **char** path\[DIRECTION\_MAX\];  
5.      **int** fd;  
6.    
7.      snprintf(path, DIRECTION\_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);  
8.      fd = open(path, O\_WRONLY);  
9.      **if** (fd < 0) \{  
10.         fprintf(stderr, "failed to open gpio value for writing!\\n");  
11.         **return** -1;  
12.     \}  
13.   
14.     **if** (write(fd, &values\_str\[value == LOW ? 0 : 1\], 1) < 0) \{  
15.         fprintf(stderr, "failed to write value!\\n");  
16.         **return** -1;  
17.     \}  
18.   
19.     close(fd);  
20.     **return** 0;  
21. \}

**5 获得GPIO输入**

**\[cpp\]**  [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  **static** **int** gpio\_read(**int** pin)  
2.  \{  
3.      **char** path\[DIRECTION\_MAX\];  
4.      **char** value\_str\[3\];  
5.      **int** fd;  
6.    
7.      snprintf(path, DIRECTION\_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);  
8.      fd = open(path, O\_RDONLY);  
9.      **if** (fd < 0) \{  
10.         fprintf(stderr, "failed to open gpio value for reading!\\n");  
11.         **return** -1;  
12.     \}  
13.   
14.     **if** (read(fd, value\_str, 3) < 0) \{  
15.         fprintf(stderr, "failed to read value!\\n");  
16.         **return** -1;  
17.     \}  
18.   
19.     close(fd);  
20.     **return** (atoi(value\_str));  
21. \}

**6 GPIO翻转操作**

【main函数】

**\[cpp\]**  [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  **int** main(**int** argc, **char** \*argv\[\])  
2.  \{  
3.      **int** i = 0;  
4.        
5.      GPIOExport(POUT);  
6.      GPIODirection(POUT, OUT);  
7.        
8.      **for** (i = 0; i < 20; i++) \{  
9.          GPIOWrite(POUT, i % 2);  
10.         usleep(500 \* 1000);  
11.     \}  
12.   
13.     GPIOUnexport(POUT);  
14.     **return**(0);  
15. \}

【makefile】——此处的代码tab显示可能存在问题，请以代码仓库为主。

**\[cpp\]**  [view plain][] [copy][view plain] [![在CODE上查看代码片][CODE]][CODE_CODE] [![派生到我的代码片][ico_fork.svg]][ico_fork.svg 1]

1.  \# 可执行文件  
2.  TARGET=test  
3.  \# 依赖目标  
4.  SRCS=gpio-sysfs.c  
5.    
6.  \# 目标文件  
7.  OBJS = $(SRCS:.c=.o)  
8.    
9.  \# 指令编译器和选项  
10. CC=gcc  
11. CFLAGS=-Wall -std=gnu99  
12.   
13. $(TARGET):$(OBJS)  
14.  $(CC) -o $@ $^  
15.   
16. clean:  
17.  rm -rf $(TARGET) $(OBJS)  
18.   
19. \# 连续动作，先清除再编译链接，最后执行  
20. exec:clean $(TARGET)  
21.  @echo 开始执行  
22.  sudo ./$(TARGET)  
23.  @echo 执行结束  
24.   
25. \# 编译规则 $@代表目标文件 $< 代表第一个依赖文件  
26. %.o:%.c  
27.  $(CC) $(CFLAGS) -o $@ -c $<

【上传树莓派中 编译链接并执行】

make exec

makefile中exec目标包括以下一个过程，先清除目标文件和可执行文件，然后进行交叉编译，最后使用 超级权限运行可执行文件。

makefile的使用详见【 [ Linux学习笔记——例说makefile 索引博文][Linux_makefile]】

**7 总结**

【1】树莓派和其他嵌入式Linux开发板存在差别和联系，树莓派同样可以使用sysfs控制GPIO。

【2】树莓派即在其他助剂中交叉编译，也可在平台直接编译。

**8 参考资料**

【1】 [RPi Low-level peripherals][]

[EasyARM i.mx28_IO_GPIO]: http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/38456079
[Shell_GPIO]: http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/18517729
[Link 1]: http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/24932611
[Linux_makefile]: http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/37083675
[rpi-gpio-sysfs]: https://bitbucket.org/xukai871105/rpi-gpio-sysfs
[SouthEast]: /images/20220731/fbd0fecc6c704c3ea18bba196296ac29.png
[view plain]: http://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/38456801#
[CODE]: https://code.csdn.net/assets/CODE_ico.png
[CODE_CODE]: https://code.csdn.net/snippets/446496
[ico_fork.svg]: https://code.csdn.net/assets/ico_fork.svg
[ico_fork.svg 1]: https://code.csdn.net/snippets/446496/fork
[RPi Low-level peripherals]: http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals#C_.2B_sysfs

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