GPIO 使用

1. GPIO简介

GPIO，全称 General-Purpose Input/Output（通用输入输出），是一种在计算机和嵌入式系统中常见的数字输入输出接口。它允许软件控制硬件的数字输入和输出，例如开关、传感器、LED灯等。GPIO通常由一个芯片或处理器上的引脚提供支持，通过编程可以配置这些引脚为输入或输出，并且可以通过相应的软件命令来读取输入状态或控制输出状态。

2. GPIO引脚编号计算方法

RK3588共有 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

 GPIO 小组编号计算公式：number = group * 8 + X

例如: GPIO3_B5的计算方式 : 32 3 + 1 8 + 5 = 109 ---> 也就是说，GPIO3_B5对应的是GPIO的编号是gpio-109。

3. 复用

GPIO口除了通用输入输出功能外，还可能有其它复用功能

rockchip-gpio

从原理图中看出：以GPIO1_C0为例，就有如下几个功能：

func0	func1	func2	func3
GPIO1_C0	I2C3_SDA_M0	UART3_RX_M0	SPI4_MISO_M0

在系统DTS配置中GPIO1_C0默认是I2C3_SDA_M0功能。如果我们想将GPIO1_C0复用为UART3_RX_M0功能，该怎么做呢？

首先打开uart3 节点，将pinctrl配置为uart3m0_xfer。pinctrl配置是GPIO复用的最关键的配置，在这里就是将GPIO1_C0复用做了uart3功能。

&uart3 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&uart3m0_xfer>;
    status = "okay";
};

&pinctrl {
    uart3 {
        /omit-if-no-ref/
        uart3m0_xfer: uart3m0-xfer {
            rockchip,pins =
                /* uart3_rx_m0 */
                <1 RK_PC0 10 &pcfg_pull_up>,   # 将GPIO1_C0复用为uart3_rx_m0 
                /* uart3_tx_m0 */
                <1 RK_PC1 10 &pcfg_pull_up>;   # 将GPIO1_C1复用为uart3_tx_m0 
        };
    };
};

如果发现GPIO1_C0被复用为I2c3，则在dts中关闭它。

&i2c3 {
    status = "disabled";
};

这样，我们就将GPIO1_C0复用为了UART3_RX_M0功能

4. GPIO调试方法

4.1 读取GPIO状态信息

Debugfs 文件系统目的是为开发人员提供更多内核数据，方便调试。这里 GPIO 的调试也可以用 Debugfs 文件系统，获得更多的内核信息。GPIO 在 Debugfs 文件系统中的接口为 /sys/kernel/debug/gpio，可以这样读取该接口的信息：

armsom@armsom:~$ sudo cat /sys/kernel/debug/gpio
gpiochip0: GPIOs 0-31, parent: platform/fd8a0000.gpio, gpio0:
 gpio-15  (                    |led_rgb_b           ) out lo
 gpio-20  (                    |reset               ) out lo ACTIVE LOW
 gpio-21  (                    |bt_default_wake_host) in  hi

gpiochip1: GPIOs 32-63, parent: platform/fec20000.gpio, gpio1:
 gpio-34  (                    |bt_default_rts      ) in  hi
 gpio-36  (                    |vcc3v3-pcie30       ) out lo
 gpio-40  (                    |camera-pwdn-gpio    ) out hi
 gpio-54  (                    |hdmirx-det          ) in  lo ACTIVE LOW
 gpio-58  (                    |vcc3v3-pcie2x1l0    ) out hi
 gpio-61  (                    |headset_gpio        ) in  hi

gpiochip2: GPIOs 64-95, parent: platform/fec30000.gpio, gpio2:
 gpio-78  (                    |vbus5v0-typec       ) out lo

gpiochip3: GPIOs 96-127, parent: platform/fec40000.gpio, gpio3:
 gpio-101 (                    |vcc-5v0-gpio-regulat) out hi
 gpio-102 (                    |bt_default_reset    ) out lo
 gpio-104 (                    |reset               ) out hi
 gpio-125 (                    |bt-wake-gpio-regulat) out hi

gpiochip4: GPIOs 128-159, parent: platform/fec50000.gpio, gpio4:
 gpio-130 (                    |wifi-diable-gpio-reg) out hi
 gpio-134 (                    |sbu1-dc             ) out lo
 gpio-135 (                    |sbu2-dc             ) out lo
 gpio-136 (                    |vcc5v0-host-regulato) out hi
 gpio-149 (                    |led_rgb_r           ) out lo

gpiochip5: GPIOs 509-511, parent: platform/rk806-pinctrl.9.auto, rk806-gpio, can sleep:

从读取到的信息中可以知道，内核把 GPIO 当前的状态都列出来了，以 GPIO0组为例，gpio-15(GPIO0_B7) 对应的dts节点是led_rgb_b，输出低电平 (out lo)。

4.2 查看 pinmux-pins

armsom@armsom:~$ sudo cat /sys/kernel/debug/pinctrl/pinctrl-rockchip-pinctrl/pinmux-pins
Pinmux settings per pin
Format: pin (name): mux_owner gpio_owner hog?
pin 0 (gpio0-0): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 1 (gpio0-1): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 2 (gpio0-2): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 3 (gpio0-3): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 4 (gpio0-4): fe2c0000.mmc (GPIO UNCLAIMED) function sdmmc group sdmmc-det
pin 5 (gpio0-5): feb20000.spi (GPIO UNCLAIMED) function spi2 group spi2m2-pins
pin 6 (gpio0-6): feb20000.spi (GPIO UNCLAIMED) function spi2 group spi2m2-pins
pin 7 (gpio0-7): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 8 (gpio0-8): 6-0051 (GPIO UNCLAIMED) function hym8563 group rtc-int
pin 9 (gpio0-9): feb20000.spi (GPIO UNCLAIMED) function spi2 group spi2m2-cs0
pin 10 (gpio0-10): wireless-wlan (GPIO UNCLAIMED) function wireless-wlan group wifi-host-wake-irq
pin 11 (gpio0-11): feb20000.spi (GPIO UNCLAIMED) function spi2 group spi2m2-pins
pin 12 (gpio0-12): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 13 (gpio0-13): fiq-debugger (GPIO UNCLAIMED) function uart2 group uart2m0-xfer
pin 14 (gpio0-14): fiq-debugger (GPIO UNCLAIMED) function uart2 group uart2m0-xfer
pin 15 (gpio0-15): leds gpio0:15 function leds group led-rgb-b
pin 16 (gpio0-16): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 17 (gpio0-17): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 18 (gpio0-18): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 19 (gpio0-19): (MUX UNCLAIMED) (GPIO UNCLAIMED)
pin 20 (gpio0-20): sdio-pwrseq gpio0:20 function sdio-pwrseq group wifi-enable-h
pin 21 (gpio0-21): (MUX UNCLAIMED) gpio0:21
...

我们以pin 13 (gpio0-13): fiq-debugger (GPIO UNCLAIMED) function uart2 group uart2m0-xfer作为解析：

gpio0-13对应的节点名是 fiq-debugger，此节点使用pinctrl配置复用为debug串口功能，pinctrl的值是uart2m0-xfer。

5. GPIO控制

5.1 GPIO系统接口

基于sysfs的用户空间GPIO控制： sysfs控制gpio的方式主要是基于内核提供的gpio控制接口文件。也就是通过读写/sys/class/gpio目录下的文件来控制对应的gpio接口。

echo 109 > /sys/class/gpio/export                  # 申请导出相应的gpio
echo out > /sys/class/gpio/gpio109/direction       # 设置相应gpio为输出方向
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio109/value             # 设置输出高电平
cat /sys/class/gpio/gpio109/value                  # 获取gpio当前状态值，是高电平还是低电平
echo 109 > /sys/class/gpio/unexport                # 释放申请的gpio

注意：只有当GPIO3_B5脚没有被其它外设复用时, 我们才可以通过export导出该引脚去使用

5.2 GPIOD使用

libgpiod是一种字符设备接口，GPIO访问控制是通过操作字符设备文件（比如 /dev/gpiodchip0 ）实现的，并通过libgpiod提供一些命令工具、c库以及python封装。

使用libgpiod之前需要在板卡上安装libgpiod库：

#安装gpiod命令行工具
sudo apt install gpiod

gpiod工具的使用方法与sysfs接口的不同，gpiod是以控制器为单位，然后再详细到端口号和索引号，即gpiod使用两个数据确定引脚

引脚	控制器	端口号	索引号	gpiod的使用结果
GPIO3_C1	3	C	1	3 17(2x8+1)
GPIO3_B7	3	B	7	3 15(1X8+7)
GPIO1_B2	1	B	2	1 10(1x8+1)

以GPO3_C3为例，常用的命令行如下：

gpiodetct#列出所有GPIO控制器
gpioinfo 3#列出第一组控制器引脚组
gpioset 3 19=0#将第一组控制器编号的引脚3设置为低电平
gpioget 3 19#获取第一组中3号控制器的引脚状态
gpiomon 3 19#监控第一组中3号控制器的引脚状态

Rockchip Pin的ID按照控制器(bank)+端口(port)+索引序号(pin) 组成,其中端口号和索引号会合并成一个数值传入到gpiod里去,并不是所有的引脚都能够使用libgpiod控制，例如led之类的一些已经被使用的引脚。

GPIO 使用

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2. GPIO引脚编号计算方法​

3. 复用​

4. GPIO调试方法​

4.1 读取GPIO状态信息​

4.2 查看 pinmux-pins​

5. GPIO控制​

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