05、基于整数的GPIO接口

基于整数的接口最为人所熟知。GPIO用整数标识，GPIO上需要执行的每个操作都使用该整数。以下是包含传统GPIO访问函数的头文件：

#include <linux/gpio.h>

使用步骤：

1. 注册：gpio_request （cat /sys/kernel/debug/gpio  ）
2. 输出方向：gpio_direction_output
3. 电平配置：gpio_get_value
4. 中断：goio_to_irq

一、GPIO的申请和配置

1.1 申请GPIO

使用gpio_request()函数来申请并获取GPIO的使用权：

int gpio_request(unsigned gpio, const char *label);

参数说明：

• gpio：要使用的GPIO编号
• label：给这个GPIO起个名字（比如在系统文件/sys/kernel/debug/gpio里显示的名字）

注意：必须检查返回值。返回0表示成功，负数代表出错。

1.2 释放GPIO

使用完GPIO后，用gpio_free()释放资源：

void gpio_free(unsigned int gpio);

1.3 检查GPIO有效性

使用gpio_is_valid()提前确认GPIO编号是否合法：

bool gpio_is_valid(int number);

1.4 设置GPIO方向

• 输入模式：用gpio_direction_input()设置：
• 输出模式：用

int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value);

• 0 → 初始低电平
• 1 → 初始高电平

二、GPIO值的读写

2.1 原子上下文（如中断处理）

这类GPIO直接通过内存访问（比如芯片内置GPIO），不会导致等待：

static int  gpio_get_value(unsigned gpio)
void gpio_set_value(unsigned int gpio, int value);

2.2 非原子上下文（如I2C/SPI总线）

这类GPIO需要等待操作完成（可能会暂停程序）：

static int gpio_get_value_cansleep（unsigned gpio）;
void gpio_set_value_cansleep（unsigned gpio，int value）;

关键区别：后者函数名带有cansleep，表示可能需要等待，不能在中断处理中使用。

三、GPIO转中断

3.1 获取中断号

用gpio_to_irq()将GPIO编号转为中断号：

int gpio_to_irq(unsigned gpio);

3.2 注册中断处理

获取中断号后，用request_irq()或request_threaded_irq()注册处理函数：

// 示例代码
int gpio_int = ...; // 通过设备树等获取的GPIO编号
int irq_num = gpio_to_irq(gpio_int); // 转换为中断号

// 注册中断处理函数（这里用线程式中断为例）
error = devm_request_threaded_irq(&client->dev, irq_num,
    NULL, my_interrupt_handler, // 无上半部，下半部是自定义函数
    IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_ONESHOT, // 触发条件：上升沿，单次触发
    input_dev->name, my_data_struct); // 中断名称和数据指针

if (error) {
    // 处理注册失败
}

关键参数说明：

• IRQF_TRIGGER_RISING：设置为上升沿触发
• IRQF_ONESHOT：确保中断处理完成后立即释放中断线

四、关键注意事项

1. 释放资源：使用完GPIO务必调用gpio_free()，否则可能导致资源泄露
2. 检查有效性：使用前最好用gpio_is_valid()确认GPIO编号存在
3. 睡眠判断：通过gpio_cansleep()判断GPIO是否可能阻塞程序
4. 上下文匹配：带cansleep的函数不能在中断处理中使用
5. 方向设置：必须先设置GPIO方向（输入/输出）才能读写值

五、实验

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/gpio.h>        /* 遗留的基于整数的GPIO */
#include <linux/interrupt.h>   /* IRQ */

static unsigned int GPIO_LED_RED = 8;  //放到设备树里面
static unsigned int GPIO_BTN1 = 115;
static unsigned int GPIO_BTN2 = 116;
static unsigned int GPIO_LED_GREEN = 120;
static unsigned int irq;

static irq_handler_t btn1_pushed_irq_handler(unsigned int irq,
                             void *dev_id, struct pt_regs *regs)
{
    int state;
    /*读取BTN2值并更改LED状态*/
    state = gpio_get_value(GPIO_BTN2);
    gpio_set_value(GPIO_LED_RED, state);
    gpio_set_value(GPIO_LED_GREEN, state);

    pr_info("GPIO_BTN1 interrupt: Interrupt! GPIO_BTN2 state is %d)\n", state);
    return IRQ_HANDLED;
}

static int __init helloworld_init(void)
{
    int retval;

    /*
     * 可以检查GPIO在控制器上是否有效
     * 使用gpio_is_valid()函数
     * 例:
     *  if (!gpio_is_valid(GPIO_LED_RED)) {
     *       pr_infor("Invalid Red LED\n");
     *       return -ENODEV;
     *  }
     */
    gpio_request(GPIO_LED_GREEN, "green-led");
    gpio_request(GPIO_LED_RED, "red-led");
    gpio_request(GPIO_BTN1, "button-1");
    gpio_request(GPIO_BTN2, "button-2");

    /*
     * 配置按钮GPIO作为输入
     *
     * 在此之后，只有当控制器具有该特性时才可以调用gpio_set_debounce()
     *
     * 例如，取消延迟200ms的按钮
     * gpio_set_debounce(GPIO_BTN1, 200);
     */
    gpio_direction_input(GPIO_BTN1);
    gpio_direction_input(GPIO_BTN2);

    /*
     * 将LED GPIO设置为输出，初始值设置为0
     */
    gpio_direction_output(GPIO_LED_RED, 0);
    gpio_direction_output(GPIO_LED_GREEN, 0);

    irq = gpio_to_irq(GPIO_BTN1);
    retval = request_threaded_irq(irq, NULL,\
                            btn1_pushed_irq_handler, \
                            IRQF_TRIGGER_LOW | IRQF_ONESHOT, \
                            "device-name", NULL);

    pr_info("Hello world!\n");
    return 0;
}

static void __exit hellowolrd_exit(void)
{
    free_irq(irq, NULL);
    gpio_free(GPIO_LED_RED);
    gpio_free(GPIO_LED_GREEN);
    gpio_free(GPIO_BTN1);
    gpio_free(GPIO_BTN2);

    pr_info("End of the world\n");
}

module_init(hellowolrd_init);
module_exit(hellowolrd_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");