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Linux中的GPIO中斷驅(qū)動是一個強大的功能，它允許開發(fā)者將輸入輸出信號轉(zhuǎn)化為中斷，以便實時地獲取GPIO信號的變化，更好地控制系統(tǒng)的工作。在這篇文章中，我們將的工作原理和如何實現(xiàn)它。
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一、概述
GPIO是一種通用的輸入輸出信號，可以用于控制LED燈、讀按鈕狀態(tài)、開關等各種硬件設備。典型的GPIO信號只有兩個狀態(tài)：高電平和低電平。Linux系統(tǒng)中內(nèi)置了GPIO庫，它提供了對GPIO的控制和操作。
中斷是一種異步的事件，它可以在程序執(zhí)行時響應某種事件。GPIO中斷是一種特殊的中斷，當GPIO的電平出現(xiàn)變化時（如從高電平變?yōu)榈碗娖剑袛嗑蜁挥|發(fā)。這樣就能夠?qū)崟r地獲取GPIO信號的變化，從而更好地控制系統(tǒng)的工作。
二、工作原理
Linux系統(tǒng)內(nèi)置的GPIO庫通過/sys/class/gpio目錄下的文件結(jié)構(gòu)提供了對GPIO的控制。對于一個GPIO，首先需要將其設定為輸入模式：
“`
echo in > /sys/class/gpio/gpioxx/direction
“`
然后，我們可以在/sys/class/gpio/gpioxx/value文件中讀取其狀態(tài)，或者寫入0或1來控制其狀態(tài)。這種方式的缺點是它定期地從文件中讀取輸入信號的狀態(tài)，對于實時控制要求高的應用不夠優(yōu)雅。
GPIO中斷驅(qū)動則是一種更為高效的方式，它使我們能夠通過硬件的中斷信號來檢測GPIO輸入信號的變化。在Linux系統(tǒng)中，我們可以使用sysfs界面或ioctl()系統(tǒng)調(diào)用來注冊GPIO的中斷處理函數(shù)，并將其與GPIO綁定。這樣可以實現(xiàn)中斷信號的觸發(fā)與GPIO信號的狀態(tài)讀取或控制同時進行，從而避免了文件操作帶來的延遲。
三、實現(xiàn)方法
實現(xiàn)GPIO中斷驅(qū)動的方法主要有兩種：使用sysfs界面或ioctl()系統(tǒng)調(diào)用。下面我們分別闡述這兩種方法的原理和實現(xiàn)步驟。
1.使用sysfs界面
我們需要在系統(tǒng)中定義一個GPIO。我們可以通過echo命令將其導入到/sys/class/gpio目錄下，例如將GPIO7定義為輸入模式：
“`
echo 7 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio7/direction
“`
然后，我們可以使用poll()系統(tǒng)調(diào)用來等待GPIO狀態(tài)的變化。在poll()函數(shù)中，我們可以檢查與GPIO相關的文件，如/sys/class/gpio/gpio7/value文件，以等待GPIO的輸入信號變化。當文件中的值發(fā)生變化時，poll()函數(shù)就會返回，并且我們可以在回調(diào)函數(shù)中處理GPIO輸入信號的變化。
注冊回調(diào)函數(shù)的方式如下所示：
“`
echo edge > /sys/class/gpio/gpio7/edge
echo > /sys/class/gpio/gpio7/uevent
“`
其中，edge選項指定GPIO的中斷邊緣類型（上升沿、下降沿、任何變化）。回調(diào)函數(shù)路徑則是我們編寫的響應GPIO中斷的程序路徑，該程序中需要定義一個適當?shù)男盘柼幚砗瘮?shù)，以響應GPIO中斷的事件。
需要注意的是，在sysfs界面中實現(xiàn)GPIO中斷驅(qū)動需要頻繁地讀取sysfs文件，這增加了系統(tǒng)負擔，降低了實時性，因此不建議在生產(chǎn)環(huán)境中使用。
2.使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用
使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用可以在應用程序中直接控制GPIO的中斷信號和GPIO輸入信號。該方法的優(yōu)點是可以確保最快的響應時間和最小的系統(tǒng)負擔，適合于實時性要求高的環(huán)境。
需要注意的是，在使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用之前，我們需要利用mmap()函數(shù)將GPIO映射到應用程序的虛擬地址空間中。這樣，應用程序就可以直接讀取GPIO輸入信號的狀態(tài)，同時等待GPIO中斷的觸發(fā)并執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。
實現(xiàn)步驟如下：
1）定義GPIO標號和處理函數(shù)
我們需要定義GPIO標號和處理函數(shù)。在定義之前，我們需要使用系統(tǒng)調(diào)用open()打開GPIO設備文件：
“`
int fd = open (“/dev/gpiochip0”, O_RDON);
“`
然后，在應用程序中定義GPIO的標號和對應的中斷處理函數(shù)：
“`
struct gpio_event_data gpio_data;
gpio_data.chip_fd = fd;
gpio_data.gpio_num = 16;
gpio_data.re_value = 1;
gpio_data.bounce_time = 150; // 設定可檢測的最小信號時間
void gpio_event_callback (unsigned int gpio, unsigned int value, void *data) {
struct gpio_event_data *gpio_data = (struct gpio_event_data*)data;
/* 處理GPIO中斷 */
}
“`
2）配置GPIO輸入信號的控制器
我們需要配置GPIO輸入信號的控制器，包括GPIO的方向、中斷觸發(fā)方式等。在這里我們使用ioctl()系統(tǒng)調(diào)用來控制GPIO的配置：
“`
struct gpiochip_info chip_info;
struct gpioline_info line_info;
unsigned long flags;
gpio_data.event_fd = epoll_create(10);//創(chuàng)建epoll事件
/* 獲取GPIO chip信息 */
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_CHIPINFO_IOCTL, &chip_info);
/*獲取GPIO line信息*/
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEINFO_IOCTL, &line_info);
/* 配置GPIO輸入方向 */
flags = GPIOHANDLE_REQUEST_INPUT; // GPIO輸入模式
struct gpiohandle_request req = {
.lines = 1, // 設置讀取的線路數(shù)
.flags = flags,
.default_values = &gpio_data.re_value // 設置默認值，1表示觸發(fā)下降沿
};
req.lineoffsets[0] = gpio_data.gpio_num;
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEHANDLE_IOCTL, &req);
gpio_data.handle_fd = req.fd; // 獲取GPIO控制器句柄
/* 設置GPIO中斷信號的觸發(fā)方式 */
flags = GPIOEVENT_REQUEST_RISING_EDGE; // 下降沿觸發(fā)
struct gpioevent_request ev_req = {
.lineoffset = req.lineoffsets[0],
.handleflags = flags,
.eventflags = GPIOEVENT_EVENT_RISING_EDGE, // 觸發(fā)上升沿
.consumer_label = “example”,
};
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEEVENT_IOCTL, &ev_req);
gpio_data.event_fd = ev_req.fd; // 獲取GPIO事件控制器句柄
“`
3）注冊GPIO中斷處理函數(shù)
我們需要將GPIO中斷事件和其對應的處理函數(shù)綁定起來，并將其添加到epoll事件中：
“`
struct epoll_event ev, events[MAX_EVENTS];
int nfds, epollfd;
epollfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC);
if (epollfd
printf(“Error in epoll_create()\n”);
return -1;
}
/* 將GPIO中斷事件綁定到回調(diào)函數(shù) */
struct event_data *pdata = malloc(sizeof(struct event_data));
memset(pdata, 0, sizeof(struct event_data));
pdata->cb = gpio_event_callback;
pdata->user_data = (void *)gpio_data.handle_fd;
set_fd_nonblock(gpio_data.event_fd);
ev.events = EPOLLIN;
ev.data.ptr = pdata;
epoll_ctl(epollfd, EPOLL_CTL_ADD, gpio_data.event_fd, &ev);
/* 等待GPIO中斷事件的觸發(fā) */
while (1) {
nfds = epoll_wt(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
if (nfds
if (errno == EINTR) {
continue;
}
printf(“Error in epoll_wt()”);
break;
}
// 處理GPIO中斷事件
}
“`
通過以上步驟，我們就可以實現(xiàn)GPIO中斷驅(qū)動，并可以及時響應GPIO輸入信號的變化。
四、
相關問題拓展閱讀：
- 怎么控制GPIO引腳輸出5M方波（linux 2.6.28+S3C2440）
怎么控制GPIO引腳輸出5M方波（linux 2.6.28+S3C2440）
如果你讓系念鎮(zhèn)統(tǒng)產(chǎn)生一個5MHz的中斷，那內(nèi)核肯定會掛死孝簡。用PWM模塊輸出一個5MHz的波形就可以了，不需要中斷。
再看看別人怎么說的。巧高褲
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