General Purpose Input/Output (GPIO)  是一個可以軟體彈性控制的數位訊號, 可供使用者透過軟體控制自由使用. 在嵌入式平台上算是很常見到的介面.

GPIO 應用:

一般來說可將 GPIO 透過軟體設成以下狀態以完成特定目的:

√ Input

• 用來讀取 Input 資料 (通常為 high or low, 對接的可能為 push button 這類設備)

√ Output

• 可讀寫 output 之值 (對接的可能為 LED, Buzzer, Power PIN 這類設備)

note: 因為電路設計的關係, GPO 不一定為 active – high (“1” 代表 “active”, 預設值), 有可能為 active-low (“0” 代表 “active”). 所以這邊需要根據電路設計將設定寫入 device tree 中. 可參考include/dt-bindings/gpio/gpio.h 中的定義

√ IRQ

• 用來處理 IRQs 相關 (通常為 wakeup 事件)

GPIO 這個介面可由下列裝置來提供

√ System-on-Chip (SOC) processors

• SoC 上的 PIN 通常都是 multi-function PIN, 而其中大部份都能夠設定成 GPIO 來使用

√ Programmable logic devices (like FPGAs)

√ Peripheral module

√ Expanders

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目前 GPIO 在 Linux 實作框架共有下列兩種

√ GPIO numbers – /sys/class/gpio (傳統方法, 不建議使用)

過往傳統都是使用 sysfs 來對 GPIO 操作, 一般使用方式如下:

1. 先算好 GPIO number

2. 開啟 GPIO

• echo {number} >/sys/class/gpio/export

3. 設定 GPIO direction

• echo “out” > /sys/class/gpio/gpio{number} /direction

4. 設定 Output value

• echo 1 > /sys/class/gpio/gpio{number}/value

5. 關閉 GPIO

• echo {number} >/sys/class/gpio/unexport

但以上操作容易造成下列問題:

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√  GPIO descriptors – /dev/gpiochipN (建議使用)  –  kernel 4.8 開始支援

為了解決之前的議題, kernel 4.8 合併了新的 GPIO 設計架構. 導入 file descriptor 的概念來操作 GPIO 相關動作. 以一個 device file 為一個 gpiochip 的設計概念, 透過 system call – ioctl/ read/ write/ poll 來存取/ 設定 GPIO 相關資料. 可見下列範例 [9]

基於不重新造輪子的概念, 現在想要在新架構下存取 GPIO, 可透過 libgpiod [7].

 libgpiod 除了含 library 外, 也寫好下列執行檔方便使用者直接進行操作. 至於用法就不一一介紹了

• gpiodetect – 確認系統上有哪些 GPIO 裝置, 並列出 label 以及 GPIO line 數量

• gpiofind – 依照名稱來找尋 GPIO line
• gpioget – 從 GPIO 裝置上讀取 line 的值
• gpioset – 從 GPIO 裝置上設定 line 的值
• gpioinfo – 列出指定的 GPIO 裝置上所有 GPIO line 資訊. 若不指定, 則列出所有 GPIO 裝置資訊

• gpiomon – 監控 GPIO line 上的事件 (使用 poll 函式)

 透過 libgpiod 能夠更方便的在新版 GPIO 架構下操作存取 GPIO 相關資料, 避免傳統方式造成無論是使用上的複雜性或者方便性議題. 此外, 此工具也已放進 Debian [10] 中.