深入了解Linux GPIO中断驱动 (linux gpio 中断 驱动)
Linux中的GPIO中断驱动是一个强大的功能，它允许开发者将输入输出信号转化为中断，以便实时地获取GPIO信号的变化，更好地控制系统的工作。在这篇文章中，我们将的工作原理和如何实现它。
一、概述
GPIO是一种通用的输入输出信号，可以用于控制LED灯、读按钮状态、开关等各种硬件设备。典型的GPIO信号只有两个状态：高电平和低电平。Linux系统中内置了GPIO库，它提供了对GPIO的控制和操作。
中断是一种异步的事件，它可以在程序执行时响应某种事件。GPIO中断是一种特殊的中断，当GPIO的电平出现变化时（如从高电平变为低电平），中断就会被触发。这样就能够实时地获取GPIO信号的变化，从而更好地控制系统的工作。
二、工作原理
Linux系统内置的GPIO库通过/sys/class/gpio目录下的文件结构提供了对GPIO的控制。对于一个GPIO，首先需要将其设定为输入模式：
“`
echo in > /sys/class/gpio/gpioxx/direction
“`
然后，我们可以在/sys/class/gpio/gpioxx/value文件中读取其状态，或者写入0或1来控制其状态。这种方式的缺点是它定期地从文件中读取输入信号的状态，对于实时控制要求高的应用不够优雅。
GPIO中断驱动则是一种更为高效的方式，它使我们能够通过硬件的中断信号来检测GPIO输入信号的变化。在Linux系统中，我们可以使用sysfs界面或ioctl()系统调用来注册GPIO的中断处理函数，并将其与GPIO绑定。这样可以实现中断信号的触发与GPIO信号的状态读取或控制同时进行，从而避免了文件操作带来的延迟。
三、实现方法
实现GPIO中断驱动的方法主要有两种：使用sysfs界面或ioctl()系统调用。下面我们分别阐述这两种方法的原理和实现步骤。
1.使用sysfs界面
我们需要在系统中定义一个GPIO。我们可以通过echo命令将其导入到/sys/class/gpio目录下，例如将GPIO7定义为输入模式：
“`
echo 7 > /sys/class/gpio/export
echo in > /sys/class/gpio/gpio7/direction
“`
然后，我们可以使用poll()系统调用来等待GPIO状态的变化。在poll()函数中，我们可以检查与GPIO相关的文件，如/sys/class/gpio/gpio7/value文件，以等待GPIO的输入信号变化。当文件中的值发生变化时，poll()函数就会返回，并且我们可以在回调函数中处理GPIO输入信号的变化。
注册回调函数的方式如下所示：
“`
echo edge > /sys/class/gpio/gpio7/edge
echo > /sys/class/gpio/gpio7/uevent
“`
其中，edge选项指定GPIO的中断边缘类型（上升沿、下降沿、任何变化）。回调函数路径则是我们编写的响应GPIO中断的程序路径，该程序中需要定义一个适当的信号处理函数，以响应GPIO中断的事件。
需要注意的是，在sysfs界面中实现GPIO中断驱动需要频繁地读取sysfs文件，这增加了系统负担，降低了实时性，因此不建议在生产环境中使用。
2.使用ioctl()系统调用
使用ioctl()系统调用可以在应用程序中直接控制GPIO的中断信号和GPIO输入信号。该方法的优点是可以确保最快的响应时间和最小的系统负担，适合于实时性要求高的环境。
需要注意的是，在使用ioctl()系统调用之前，我们需要利用mmap()函数将GPIO映射到应用程序的虚拟地址空间中。这样，应用程序就可以直接读取GPIO输入信号的状态，同时等待GPIO中断的触发并执行回调函数。
实现步骤如下：
1）定义GPIO标号和处理函数
我们需要定义GPIO标号和处理函数。在定义之前，我们需要使用系统调用open()打开GPIO设备文件：
“`
int fd = open (“/dev/gpiochip0”, O_RDON);
“`
然后，在应用程序中定义GPIO的标号和对应的中断处理函数：
“`
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; // 设定可检测的最小信号时间
void gpio_event_callback (unsigned int gpio, unsigned int value, void *data) {
struct gpio_event_data *gpio_data = (struct gpio_event_data*)data;
/* 处理GPIO中断 */
}
“`
2）配置GPIO输入信号的控制器
我们需要配置GPIO输入信号的控制器，包括GPIO的方向、中断触发方式等。在这里我们使用ioctl()系统调用来控制GPIO的配置：
“`
struct gpiochip_info chip_info;
struct gpioline_info line_info;
unsigned long flags;
gpio_data.event_fd = epoll_create(10);//创建epoll事件
/* 获取GPIO chip信息 */
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_CHIPINFO_IOCTL, &chip_info);
/*获取GPIO line信息*/
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEINFO_IOCTL, &line_info);
/* 配置GPIO输入方向 */
flags = GPIOHANDLE_REQUEST_INPUT; // GPIO输入模式
struct gpiohandle_request req = {
.lines = 1, // 设置读取的线路数
.flags = flags,
.default_values = &gpio_data.re_value // 设置默认值，1表示触发下降沿
};
req.lineoffsets[0] = gpio_data.gpio_num;
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEHANDLE_IOCTL, &req);
gpio_data.handle_fd = req.fd; // 获取GPIO控制器句柄
/* 设置GPIO中断信号的触发方式 */
flags = GPIOEVENT_REQUEST_RISING_EDGE; // 下降沿触发
struct gpioevent_request ev_req = {
.lineoffset = req.lineoffsets[0],
.handleflags = flags,
.eventflags = GPIOEVENT_EVENT_RISING_EDGE, // 触发上升沿
.consumer_label = “example”,
};
ioctl(gpio_data.chip_fd, GPIO_GET_LINEEVENT_IOCTL, &ev_req);
gpio_data.event_fd = ev_req.fd; // 获取GPIO事件控制器句柄
“`
3）注册GPIO中断处理函数
我们需要将GPIO中断事件和其对应的处理函数绑定起来，并将其添加到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;
}
/* 将GPIO中断事件绑定到回调函数 */
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中断事件的触发 */
while (1) {
nfds = epoll_wt(epollfd, events, MAX_EVENTS, -1);
if (nfds
if (errno == EINTR) {
continue;
}
printf(“Error in epoll_wt()”);
break;
}
// 处理GPIO中断事件
}
“`
通过以上步骤，我们就可以实现GPIO中断驱动，并可以及时响应GPIO输入信号的变化。
四、
