【NanoPi2试用体验】三种方式控制NanoPi2的GPIO

本帖最后由 ypw 于 2016-1-13 22:04 编辑

首先奉上PDF资料，万变不离其宗，掌握核心科技才是最重要的：

SEC_Users_Manual_S5P4418_Users_Manual_Preliminary_Ver.0.10.pdf (12.59 MB, 下载次数: 2746 )

我目前找到了三种方式控制NanoPi2的IO口：

通过sysfs(/sys/class/gpio)来操作；
通过内核的gpio_set_value函数来操作；
通过配置寄存器(0xC001X000)来操作。

1. 通过sysfs来操作

这种方法是官方教程给出的办法，这里只给出链接，不再详细解释。

https://bbs.elecfans.com/jishu_527063_1_1.html

2. 通过内核函数来操作
首先，用户层需要和驱动层交流，目前我知道的是两种方式，一种是通过ioctl操作，另一种是基于文件操作。注意，不管是基于ioctl还是文件操作，速度都是在200us这个数量级上，也就是0.2ms。
2.1 基于ioctl操作
下面是一段我自己写的内核代码，以及操作这个内核模块的demo。
2.1.1 内核模块
这个内核模块控制的是GPIOC11引脚，通过ioctl发送SET_VALUE命令可以设置引脚输出电平的高低，也就是LED的亮灭。使用的函数是：

gpio_request(GPIOC11, "test");
gpio_direction_output(GPIOC11, 1);
gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);

复制代码

下面是全部代码：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define OUTPUT 1
#define INPUT 0
#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123
unsigned int GPIOC11 = PAD_GPIO_C + 11;
#define DEVICE_NAME "gpio"
static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
gpio_request(GPIOC11, "test");
gpio_direction_output(GPIOC11, 1);
printk("request GPIOC11n");
return 0;
}
static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *file){
printk("gpio_set_value LOWn");
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
gpio_free(GPIOC11);
return 0;
}
static long
gpio_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) {
if(cmd == SET_VALUE){
if(arg == HIGH){
gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);
printk("gpio_set_value HIGHn");
}else if(arg == LOW){
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
printk("gpio_set_value LOWn");
}
}
return -EMSGSIZE;
}
static struct file_operations gpio_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = gpio_open,
.release = gpio_close,
.unlocked_ioctl = gpio_ioctl,
};
static struct miscdevice gpio_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = DEVICE_NAME,
.fops = &gpio_fops,
};
volatile unsigned * GPIOCOUT;
static int gpio_init(void){
int ret = 0;
printk("initn");
ret = misc_register(&gpio_dev);
return ret;
}
static void gpio_exit(void){
misc_deregister(&gpio_dev);
printk("exitn");
}
module_init(gpio_init);
module_exit(gpio_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YPW");

复制代码

下面就是这个模块的Makefile：

obj-m:=gpio.o
mymodule-objs:=gpio
KDIR:=/home/ypw/Desktop/linux-3.4.y/
MAKE:=make
# EXTRA_CFLAGS += -I$(KDIR)arch/ARM/mach-s5p4418/prototype/module
default:
$(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KDIR) SUBDIRS=$(PWD) clean

复制代码

如果你需要编译这个内核模块，你首先需要下载linux内核的源代码：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y，然后将KDIR修改为你的内核地址，make即可编译出gpio.ko。如果不想自己编译，只想使用GPIOC11，可以下载我编译好的内核模块：gpio_ioctl.ko
2.1.2 操作demo
安装和删除内核模块的办法：

insmod gpio_ioctl.ko
rmmod gpio_ioctl.ko

复制代码

安装好以后，如何使用呢？

#include
#include
#include
#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123
int main()
{
int fd = open("/dev/gpio", O_RDWR);
int i;
for(i=0;i<3;i++){
ioctl(fd, SET_VALUE, HIGH);
usleep(100000);
ioctl(fd, SET_VALUE, LOW);
usleep(100000);
}
close(fd);
return 0;
}

复制代码

gcc gpio_ioctl.c -o gpio_ioctl
./gpio_ioctl

复制代码

编译运行，即可看到灯闪三下。
http://yangpeiwen.com/wp-content/uploads/2016/01/gpio.mp4

2.2 基于文件操作
2.2.1 内核代码：

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define OUTPUT 1
#define INPUT 0
#define HIGH 1
#define LOW 0
#define SET_VALUE 123
unsigned int GPIOC11 = PAD_GPIO_C + 11;
#define DEVICE_NAME "gpio"
static int gpio_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
gpio_request(GPIOC11, "test");
gpio_direction_output(GPIOC11, 1);
printk("request GPIOC11n");
return 0;
}
static int gpio_close(struct inode *inode, struct file *file){
printk("gpio_set_value LOWn");
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
gpio_free(GPIOC11);
return 0;
}
static ssize_t
gpio_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t count, loff_t *f_pos) {
if (count > 1)
return -EMSGSIZE;
if(buf[0] == '1'){
gpio_set_value(GPIOC11, HIGH);
printk("gpio_set_value HIGHn");
}else if(buf[0] == '0'){
gpio_set_value(GPIOC11, LOW);
printk("gpio_set_value LOWn");
}else{
return -EMSGSIZE;
}
return -EMSGSIZE;
}
static struct file_operations gpio_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = gpio_open,
.release = gpio_close,
.write = gpio_write,
};
static struct miscdevice gpio_dev = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = DEVICE_NAME,
.fops = &gpio_fops,
};
volatile unsigned * GPIOCOUT;
static int gpio_init(void){
int ret = 0;
printk("initn");
ret = misc_register(&gpio_dev);
return ret;
}
static void gpio_exit(void){
iounmap(GPIOCOUT);
misc_deregister(&gpio_dev);
printk("exitn");
}
module_init(gpio_init);
module_exit(gpio_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("YPW");

复制代码

2.2.2 DEMO代码

#include
int main()
{
FILE *p = fopen("/dev/gpio", "w");
int i;
for(i=0;i<3;i++){
fprintf(p, "1");fflush(p);
usleep(100000);
fprintf(p, "0");fflush(p);
usleep(100000);
}
fclose(p);
return 0;
}

复制代码

这个比较简单，跟上面的一样，我就不过多讲了。如果不想自己编译，可以下载我编译好的内核模块：gpio_file.ko

不过有一点我想说的就是，可以通过寄存器加速控制IO口的速度，这里仅贴一个代码片段，只能在内核中操作，这种操作方式最快可以达到20ns：

#include
volatile unsigned * GPIOCOUT;
GPIOCOUT = ioremap(0xC001C000, 4);
*GPIOCOUT = 0xFFFF;
*GPIOCOUT = 0;
iounmap(GPIOCOUT);

复制代码

3. 通过配置寄存器来操作
下面这个程序在用户层即可操作寄存器，原理是通过mmap将寄存器的地址通过映射到用户层，然后控制方法参考三星PDF即可。

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define GPIOC_BASE_ADDRESS (0xC001C000)
#define MAP_SIZE 40
static int dev_fd;
int main(int argc, char **argv)
{
dev_fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_NDELAY);
if (dev_fd < 0)
{
printf("open(/dev/mem) failed.");
return 0;
}
unsigned int base = (unsigned int)mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, dev_fd, GPIOC_BASE_ADDRESS );
#define GPIOCOUT *(unsigned int *)base
#define GPIOCOUTENB *(unsigned int *)(base+0x04)
#define GPIOCALTFN0 *(unsigned int *)(base+0x20)
GPIOCALTFN0 &= ~(3<<22);
GPIOCALTFN0 |= (1<<22);
GPIOCOUTENB |= (1<<11);
GPIOCOUT |= (1<<11);
sleep(1);
GPIOCOUT &= ~(1<<11);
if(dev_fd)
close(dev_fd);
munmap((unsigned int *)base,MAP_SIZE);
return 0;
}

复制代码

效果是灯亮一秒，然后熄灭。这种方法操作速度很快，可以在80ns级别控制，而且很方便，不需要内核级的代码。

jinyi7016 · 2016-1-13 21:54:50

很好啊，寄存器那个还是好理解一些

fly928sky · 2016-1-14 08:22:25

寄存器确实好理解。。。。

chengtao · 2016-1-14 15:58:56

终于见到群里高度活跃者的大作，赞一个

casy · 2016-1-17 14:09:26

牛叉查！赞一个！@

lxiao · 2016-3-13 13:47:10

看来我得学习好多东西呢

辉哥的歌 · 2016-5-5 09:37:14

请问基于基于内核的程序文件和makefile文件都是在哪个环境编辑的？又是在哪个环境编译的？
还有那个基于寄存器的程序是在Geany环境下编译的吗？

WINDOFSUMMER · 2016-7-2 20:11:59

楼主，第二种方法make之后出现了很多问题，先是提示要make oldconfig。之后又是
  WARNING: Symbol version dump /home/windofsummer/linux-3.4.y/Module.symvers
         is missing; modules will have no dependencies and modversions.

  CC [M]  /home/windofsummer/gpio/gpio2/led/gpio.o
gcc: error: unrecognized argument in option ‘-mabi=apcs-gnu’
gcc: note: valid arguments to ‘-mabi=’ are: ms sysv
gcc: error: unrecognized command line option ‘-mlittle-endian’
gcc: error: unrecognized command line option ‘-mapcs’
gcc: error: unrecognized command line option ‘-mno-sched-prolog’
make[2]: *** [/home/windofsummer/gpio/gpio2/led/gpio.o] 错误 1
make[1]: *** [_module_/home/windofsummer/gpio/gpio2/led] 错误 2
make[1]:正在离开目录 `/home/windofsummer/linux-3.4.y'
完全不知道怎么弄

于中伟 · 2016-7-19 16:01:52

您写的有GPIO读写的驱动吗？

quartz010 · 2016-10-26 13:01:48

官方有给内核源码么？？
看来我得好好看看了

quartz010 · 2016-10-26 13:03:57

但是寄存器要查手册，哈哈，官方的也是这些函数封装好了的
自己造轮子

梁家成 · 2017-4-7 19:45:28

看来我得学习好多东西呢

盼盼2333 · 2017-4-8 23:11:15

很良心的帖子，学到了很多。

盼盼2333 · 2017-4-8 23:11:31

很良心的帖子，学到了很多。

lee_st · 2017-5-2 12:17:34

方法很多啊，不错哦，

lee_st · 2017-5-2 12:17:44

楼主很有心了哦，

李俊杰 · 2017-6-1 11:15:54

WINDOFSUMMER 发表于 2016-7-2 20:11
楼主，第二种方法make之后出现了很多问题，先是提示要make oldconfig。之后又是
WARNING: Symbol version dump /home/windofsummer/linux-3.4.y/Module.symvers
is missing; modules will have no dependencies and modversions.

你好，我遇到跟你同样的问题，git下载Linux-3.4.y，然后make menuconfig配置好自己所需的，然后直接make了，你最后是怎么解决的？