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作為計(jì)算機(jī)硬件與外部設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)的接口，GPIO不僅能夠讀取信號(hào)，還能輸出信號(hào)，是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可或缺的一個(gè)部分
通過(guò)GPIO，開(kāi)發(fā)者可以控制LED燈、讀取按鈕狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等多種硬件設(shè)備
在Linux系統(tǒng)中，GPIO通過(guò)一種特殊的方式被訪問(wèn)和控制，本文將詳細(xì)介紹Linux中GPIO的使用和操作
GPIO基礎(chǔ) GPIO，即通用輸入輸出端口，是一種非常靈活的接口，可以被設(shè)置為輸入或輸出模式
在輸入模式下，GPIO可以讀取外部設(shè)備的信號(hào)，如按鈕的按壓狀態(tài)或傳感器的數(shù)據(jù)；在輸出模式下，GPIO則可以輸出信號(hào)，如控制LED燈的亮滅或驅(qū)動(dòng)電機(jī)
GPIO端口通過(guò)編號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)，這些編號(hào)對(duì)應(yīng)于硬件上的具體引腳，編號(hào)方式依賴于使用的硬件平臺(tái)和操作系統(tǒng)
例如，在樹(shù)莓派上，每個(gè)GPIO端口都有一個(gè)唯一的編號(hào)，如GPIO18或GPIO24
GPIO的用途廣泛，包括但不限于： - LED控制：通過(guò)GPIO輸出高或低電平來(lái)控制LED的亮滅
- 按鈕讀取：通過(guò)設(shè)置GPIO為輸入模式來(lái)讀取按鈕的按壓狀態(tài)
- 傳感器接口：許多傳感器如溫度、濕度傳感器輸出的信號(hào)可以通過(guò)GPIO讀取
- 電機(jī)控制：通過(guò)GPIO端口發(fā)送控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)
在Linux系統(tǒng)中，GPIO可以通過(guò)一個(gè)特殊的文件系統(tǒng)（通常是`/sys/class/gpio`）來(lái)訪問(wèn)和控制
這一文件系統(tǒng)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)控制硬件GPIO引腳
Linux中的GPIO文件系統(tǒng) Linux的GPIO文件系統(tǒng)位于`/sys/class/gpio`目錄下，通過(guò)該路徑可以訪問(wèn)所有導(dǎo)出的GPIO端口
每個(gè)GPIO都有自己的目錄，比如`gpio58`，目錄內(nèi)包含控制該GPIO的幾個(gè)文件： - export：通過(guò)寫(xiě)入GPIO編號(hào)到此文件來(lái)導(dǎo)出GPIO，使其可通過(guò)文件系統(tǒng)控制
- unexport：通過(guò)寫(xiě)入編號(hào)來(lái)取消導(dǎo)出，釋放GPIO資源
- gpioXX（XX是GPIO編號(hào)）：每個(gè)導(dǎo)出的GPIO會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的目錄，包含控制其行為的文件
訪問(wèn)與控制GPIO 在Linux系統(tǒng)中，訪問(wèn)和控制GPIO需要一系列步驟，包括導(dǎo)出GPIO端口、設(shè)置GPIO端口的方向、讀取和寫(xiě)入GPIO值等
1.導(dǎo)出GPIO端口 在開(kāi)始控制GPIO之前，需要先將其導(dǎo)出到用戶空間
這可以通過(guò)寫(xiě)入特定的GPIO編號(hào)到`export`文件實(shí)現(xiàn)
例如，要導(dǎo)出GPIO58，可以使用以下命令： echo 58 > /sys/class/gpio/export 執(zhí)行此命令后，系統(tǒng)會(huì)在`/sys/class/gpio`目錄下創(chuàng)建一個(gè)名為`gpio58`的新目錄
2.設(shè)置GPIO端口的方向 每個(gè)GPIO端口可以被配置為輸入或輸出模式
輸出模式將`out`寫(xiě)入到`direction`文件，輸入模式將`in`寫(xiě)入到`direction`文件
例如，要將GPIO58設(shè)置為輸出模式，可以使用以下命令： echo out > /sys/class/gpio/gpio58/direction 設(shè)置完成后，可以檢查`direction`文件來(lái)確認(rèn)GPIO端口的方向是否正確設(shè)置： cat /sys/class/gpio/gpio58/direction 此命令應(yīng)返回`out`，表明GPIO58已成功設(shè)置為輸出模式
3.讀取和寫(xiě)入GPIO值 當(dāng)GPIO設(shè)置為輸入模式時(shí)，可以通過(guò)讀取`value`文件來(lái)獲取其當(dāng)前狀態(tài)
這個(gè)值通常是0（低電平）或1（高電平），表示外部信號(hào)的狀態(tài)
例如，要讀取GPIO58的當(dāng)前值，可以使用以下命令： cat /sys/class/gpio/gpio58/value 這個(gè)命令將返回GPIO58的電平狀態(tài)，幫助用戶了解外部設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，如按鈕是否被按下
當(dāng)GPIO設(shè)置為輸出模式時(shí)，可以通過(guò)寫(xiě)入`value`文件來(lái)控制其輸出高電平或低電平
輸出高電平寫(xiě)入1到`value`文件，使設(shè)備通電或動(dòng)作；輸出低電平寫(xiě)入0到`value`文件，使設(shè)備斷電或停止動(dòng)作
例如，要設(shè)置GPIO58輸出高電平，可以使用以下命令： echo 1 > /sys/class/gpio/gpio58/value 這條命令將使連接到GPIO58的設(shè)備（如LED燈）亮起
實(shí)際應(yīng)用示例：控制LED燈 為了實(shí)際演示如何使用GPIO控制一個(gè)簡(jiǎn)單的硬件設(shè)備，以下是一個(gè)控制LED燈的示例： 1.連接LED：確保LED的一個(gè)引腳連接到GPIO58，另一個(gè)引腳接地
2.導(dǎo)出GPIO58并設(shè)置為輸出：按照前面的指導(dǎo)步驟操作
3.控制LED亮滅：要點(diǎn)亮LED，執(zhí)行`echo 1 > /sys/class/gpio/gpio58/value`；要熄滅LED，執(zhí)行`echo 0 > /sys/class/gpio/gpio58/value`
通過(guò)這些步驟，可以直觀地看到編寫(xiě)命令與物理世界交互的結(jié)果，加深對(duì)GPIO操作的理解
高級(jí)操作與自動(dòng)化 除了基本的讀取和寫(xiě)入操作外，Linux中的GPIO還支持一些高級(jí)操作，如邊緣檢測(cè)和事件處理
這些功能對(duì)于構(gòu)建響應(yīng)式系統(tǒng)至關(guān)重要
- 邊緣檢測(cè)：通過(guò)設(shè)置GPIO的中斷觸發(fā)方式，可以在GPIO信號(hào)發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生中斷，從而及時(shí)響應(yīng)外部事件
這可以通過(guò)修改`edge`文件來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以設(shè)置為`none`（無(wú)中斷觸發(fā)）、`rising`（上升沿觸發(fā)）、`falling`（下降沿觸發(fā)）或`both`（上升沿和下降沿都觸發(fā)）
- 自動(dòng)化腳本：通過(guò)編寫(xiě)腳本，可以自動(dòng)化控制GPIO的操作，如使LED燈按預(yù)定間隔閃爍
這可以通過(guò)shell腳本或Python腳本實(shí)現(xiàn)，結(jié)合`sleep`命令來(lái)控制時(shí)間間隔
GPIO控制方法 在Linux系統(tǒng)中，控制GPIO引腳有多種方法，包括使用sysfs接口、GPIO鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)和libgpiod庫(kù)
- sysfs接口：這是一種簡(jiǎn)單直觀的方法，通過(guò)讀寫(xiě)特定的文件來(lái)操作GPIO引腳
但是，對(duì)于高頻率的操作可能會(huì)有性能問(wèn)題
- GPIO鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)：允許使用GPIO引腳作為輸入設(shè)備，將其視為鍵盤(pán)的按鍵或開(kāi)關(guān)
這種方法適用于需要將GPIO引腳用作輸入設(shè)備的場(chǎng)景
- libgpiod庫(kù)：這是一個(gè)用戶空間用于控制GPIO的庫(kù)，提供了靈活的API來(lái)直接操作GPIO引腳，無(wú)需依賴sysfs接口
它提供了更靈活和高效的GPIO操作方式
