Linux如何進行GPIO讀寫操作的？

阿新 • • 發佈：2021-08-28

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效能。

本文分享自華為雲社群《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，這裡做個小總結，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效能。

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}）等檔案實現的，經常出現shell腳本里面。

首先宣告GPIO口，比如GPIO258：（這個命令需要root許可權）

echo 258 > /sys/class/gpio/export

然後在/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檔案，它存放GPIO的值；範圍是：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許可權）

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許可權）

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檔案（存放GPIO的值），進行讀取。

可以用cat 檢視讀GPIO的值，比如檢視GPIO258的值：

cat /sys/class/gpio/gpio258/value

value 只是一個檔案，可以通過其他方式讀取；寫一個python程式，實現讀取GPIO的值：

# 定義一個函式，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)

# 呼叫函式
read_258()

五、寫GPIO的值

我們可以直接對/sys/class/gpio/gpio258 目錄下的value檔案（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程式，實現寫GPIO的值：

# 定義一個函式，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))

# 呼叫函式
write_258()

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

六、小案例——設定GPIO為輸入，並讀取IO值

方式一：純shell命令

# 設定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程式（效率更高）

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

讀取IO值：

# 定義一個函式，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)

# 呼叫函式
read_20()

七、小案例——設定GPIO為輸出，並讀寫取IO值

方式一：純shell命令

# 設定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程式（效率更高）

# 設定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)