Linux如何進行GPIO讀寫操作的？

摘要：本文介紹GPIO的讀寫，介紹基本原理，以及不同讀寫方式的性能。

本文分享自華為雲社區《Linux 基於sysfs的GPIO讀寫操作》，作者：一顆小樹x 。

前言

最近接觸到Linux系統中的GPIO開發，這里做個小總結，也分享一下；本文會介紹GPIO的讀寫，介紹基本原理，以及不同讀寫方式的性能。

一、GPIO sysfs interface 基本原理

在Linux中，最常見的讀寫GPIO方式就是用GPIO sysfs interface，是通過操作/sys/class/gpio目錄下的export、unexport、gpio{N}/direction, gpio{N}/value（用實際引腳號替代{N}）等文件實現的，經常出現shell腳本里面。

首先聲明GPIO口，比如GPIO258：（這個命令需要root權限）

echo 258 > /sys/class/gpio/export

然后在/sys/class/gpio，會生成一個新目錄，其名字叫gpio258

比如：GPIO258，N對應是258；進入其目錄：cd /sys/class/gpio/gpio258

依次能看到：active_low 、device、 direction 、edge 、power 、subsystem 、uevent 、value

其中比較常用的是value文件，它存放GPIO的值；范圍是：0或1。我們可以直接對它讀寫，達到讀寫GPIO的效果。

二、定義GPIO為輸入

比如定義GPIO258為輸入，命令如下：（這個命令需要root權限）

echo in > /sys/class/gpio/gpio258/direction 

三、定義GPIO為輸出

比如定義GPIO258為輸出，命令如下：（這個命令需要root權限）

echo out > /sys/class/gpio/gpio258/direction 

四、讀GPIO的值

我們可以直接對/sys/class/gpio/gpio258 目錄下的value文件（存放GPIO的值），進行讀取。

可以用cat 查看讀GPIO的值，比如查看GPIO258的值：

cat /sys/class/gpio/gpio258/value

value 只是一個文件，可以通過其他方式讀取；寫一個python程序，實現讀取GPIO的值：

# 定義一個函數，用於讀取GPIO258的值。
def read_258():
    with open('/sys/class/gpio/gpio258/value', 'r') as f:
        io_258 = int(f.read())
        print("read_258:%d"%io_258)

# 調用函數
read_258()

五、寫GPIO的值

我們可以直接對/sys/class/gpio/gpio258 目錄下的value文件（存放GPIO的值），進行寫值。

可以用ehco 寫GPIO的值，比如寫GPIO258的值：

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio258/value             # output logic 1 level
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio258/value             # output logic 0 level

寫一個python程序，實現寫GPIO的值：

# 定義一個函數，用於寫GPIO258的值。
def write_258(io_str):
    with open('/sys/class/gpio/gpio258/value', 'w+') as f:
        f.write(io_str)
        print("write_258:%s"%(io_str))

# 調用函數
write_258()

經過測試，程序進行一次寫操作，耗時0.6ms左右；ehco方式就比較久了，10ms左右。

六、小案例——設置GPIO為輸入，並讀取IO值

方式一： 純shell命令

# 設置GPIO20為輸入
echo 20 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio20/direction

# 讀取IO值
cat /sys/class/gpio/gpio20/value

方式二：shell命令 + Python程序（效率更高）

# 設置GPIO20為輸入
echo 20 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio20/direction

讀取IO值：

# 定義一個函數，用於讀取GPIO258的值。
def read_20():
    with open('/sys/class/gpio/gpio20/value', 'r') as f:
        io_20 = int(f.read())
        print("read_20:%d"%io_20)

# 調用函數
read_20()

七、小案例——設置GPIO為輸出，並讀寫取IO值

方式一： 純shell命令

# 設置GPIO40為輸出
echo 40 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio40/direction

# 寫IO值，高電平
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio40/value

# 寫IO值，低電平
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio40/value

方式二：shell命令 + Python程序（效率更高）

# 設置GPIO40為輸出
echo 40 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio40/direction

讀寫IO值：

import time

def read_40():
    with open('/sys/class/gpio/gpio40/value', 'r') as f:
        io_40 = int(f.read())
        print("read_40:%d"%io_40)

def write_40(io_str):
    with open('/sys/class/gpio/gpio40/value', 'w') as f:
        f.write(io_str)
        print("write_40:%s"%(io_str))

start = time.time()
read_40()
write_40("1")
read_40()
end = time.time()
print("讀寫IO的時間", end-start)

效果：耗時0.6ms。

 

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