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看
用 Rust 探索RISC-V 主板
全志D1芯片之GPIO
gpio 是单片机或者单板机和外部硬件沟通的桥梁,通过它可以控制外部硬件,可以建立通讯,可以获取传感器数据等
D1 开发板和树莓派一样,对外引出了 40pin 引脚, 这些引脚包含3.3v,5v供电, GND , 以及几个未使用(NC)引脚, 然后就是我们要讲到的 GPIO 引脚.
辅助利器
开发 gpio 应用离不开几个利器
1. 原理图
已经开放原理图下载,
下载地址: https://www.rvboards.org/forum/cn/assets/uploads/files/1620265818082-d1哪吒开发板原理图20210224.pdf
根据原理图,我们可以看到 40pin 引脚与之对应的芯片端口
这里要说明 D1 板子用 PCF8574 扩展了 8 个 IO 分别是 PP0-PP7 ,其他引出的 IO 来至 D1 这颗芯片, 并且由于 IO 端口不足, 40 Pin 里面物理 32pin 和 38pin 为未启用(NC), 树莓派中是两个 GPIO 端口
2. DEBUGFS
第二个利器就是 debugfs Wiki: Debugfs
debugfs 传承了 Linux 一切皆文件的理念,把内核更多信息通过文件系统展现给开发者,这里当然就包括了我们要的 gpio 信息
debugfs 默认挂载在 /sys/kernel/debug , 如果没有挂载,可以执行 mount -t debugfs none /sys/kernel/debug 挂载
在 /sys/kernel/debug 目录下有个 gpio 文件
里面内容显示了,板子上有两部分 gpio 组成,第一部分(gpiochip0)有 0-223 ,共224 个 gpio 端口,来自 D1 芯片, 第二部分(gpiochip1) 2020-2027 , 共8个 gpio 端口来自 PCF8574, 并且 8574 是通过 i2c 连接的 , 同时又显示了gpiochip0 中已经做了配置的 GPIO 接口
D1 芯片中的 gpio 信息可以在 /sys/kernel/debug/pinctrl/2000000.pinctrl/pins 找到编号和芯片引脚名称(PA1,PB2等)的对应关系
3. SYSFS
sysfs 和 debugfs 一样,通过文件系统,用户不仅可以查看信息,还可以操作硬件.
在 /sys/class/gpio 目录下有四个文件,分别是 export,gpiochip0 ,gpiochip2020,unexport
其中 gpiochip0,gpiochip2020 链接的是芯片两个gpio主控
export 和 unexport 用来控制 gpio 的开启与关闭
# 启用 2020 号 gpio 端口, 根据上面的信息,可以知道 2020 对应扩展 IO PP0 , 也就是 40pin 引脚中的 GPIO8
echo 2020 > export
# 执行完 echo 2020 > export 后, 会在 /sys/class/gpio 中创建一个目录 /sys/class/gpio/gpio202 , 在这个目录里面就可以设置 gpio 的in 和 out 以及读取或者输出高低电平
cd /sys/class/gpio/gpio2020
# 设置为输出
echo out > direction
# 设置高电平
echo 1 > value
# 设置低电平
echo 0 > value
# 执行代码后, 如果接了 LED 灯, 灯就会亮了又灭了
Rust 在 gpio 方面的支持情况
rust 有以下一些 crate
1. LINUX-EMBEDDED-HAL
Implementation of the embedded-hal traits for Linux devices
2. GPIO-CDEV
基于 GPIO character device ABI 的库
3. SYSFS-GPIO
基于 sysfs 操作 gpio 的库, 原理如上面手动操作 sysfs 是一样的
4. GPIO-UTILS
操作 gpio 的小工具程序, 基于 sysfs_gpio
Rust Demo (使用cdev-gpio)
list gpios
extern crate gpio_cdev;
use gpio_cdev::*;
fn main() {
let chip_iterator = match chips() {
Ok(chips) => chips,
Err(e) => {
println!("Failed to get chip iterator: {:?}", e);
return;
}
};
for chip in chip_iterator {
let chip = match chip {
Ok(chip) => chip,
Err(err) => panic!("Failed to open the chip: {:?}", err)
};
println!(
"GPIO chip: {}, "{}", "{}", {} GPIO Lines",
chip.path().to_string_lossy(),
chip.name(),
chip.label(),
chip.num_lines()
);
for line in chip.lines() {
match line.info() {
Ok(info) => {
let mut flags = vec![];
if info.is_kernel() {
flags.push("kernel");
}
if info.direction() == LineDirection::Out {
flags.push("output");
}
if info.is_active_low() {
flags.push("active-low");
}
if info.is_open_drain() {
flags.push("open-drain");
}
if info.is_open_source() {
flags.push("open-source");
}
let usage = if !flags.is_empty() {
format!("[{}]", flags.join(" "))
} else {
"".to_owned()
};
println!(
"tline {lineno:>3}: {name} {consumer} {usage}",
lineno = info.line().offset(),
name = info.name().unwrap_or("unused"),
consumer = info.consumer().unwrap_or("unused"),
usage = usage,
);
}
Err(e) => println!("tError getting line info: {:?}", e),
}
}
println!();
}
}
cdev-gpio 的接口中, 通过 chips() 获取 gpio控制器列表, D1 中的/dev/gpiochip0 和 /dev/gpiochip1
每个 chip 中有 lines 列表,就是控制器下的 gpio 列表 line 就是 gpio 对象, 可以 进行 set_value , get_value ,以及设定输入输出等操作
总体来说, Linux 对 gpio 封装已经很简单, rust 在这方面支持也比较完善. 后续文章还有 i2c, spi , uart 等方面的操作,欢迎关注,欢迎拍砖.
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