RK3588是一款低功耗、高性能的处理器，适用于基于arm的PC和Edge计算设备、个人移动互联网设备等数字多媒体应用，RK3588支持8K视频编解码，内置GPU可以完全兼容OpenGLES 1.1、2.0和3.2。RK3588引入了新一代完全基于硬件的最大4800万像素ISP，内置NPU，支持INT4/INT8/INT16/FP16混合运算能力，支持安卓12和、Debian11、Build root、Ubuntu20和22版本登系统。了解更多信息可点击迅为官网   

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【实验平台】：迅为RK3588开发板

【内容来源】《iTOP-3588开发板系统编程手册》

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第14章 GPIO应用编程

由于本章节要使用GPIO的方式来控制LED，所以需要在设备树中注释掉LED节点的相关内容，为了方便起见，已经将修改好的内核设备树放到了“iTOP-3588开发板\03_【iTOP-RK3588开发板】指南教程\03_系统编程配套程序\62”目录下，如下图所示：

将提供的boot.img文件根据07_【北京迅为】itop-3588开发板快速烧写手册.pdf手册中的“单独烧写 Linux 固件”小节进行单独烧写，烧写完成之后就可以进行本章节的学习了。

14.1应用层如何操控GPIO 

与 LED 设备一样，GPIO 同样也是通过 sysfs 方式进行操控的，首先使用以下命令进入到/sys/class/gpio 目录下，如下所示：

可以看到在当前目录下有两个文件 export、unexport 以及 5个 gpiochipX（X 等于 0、32、64、96、128）命名的文件夹。接下来将分别对 gpiochipX、export和unexport进行讲解：

gpiochipX：当前 SoC 所包含的 GPIO 控制器，iTOP-RK3588一共包含了 5 个 GPIO控制器，分别为 RK_GPIO0、RK_GPIO1、RK_GPIO2、RK_GPIO3、RK_GPIO4，在这里分别对应 gpiochip0、gpiochip32、gpiochip64、gpiochip96、gpiochip128 这 5 个文件夹，每一个 gpiochipX 文件夹用来管理一组GPIO。

以gpiochip0文件夹为例，对gpiochipX目录中的内容进行讲解，进入gpiochip0目录下，gpiochip0目录内容如下图所示：

分别为base、device、label、ngpio、power、subsystem、uevent，需要了解的是 base、label、ngpio 这三个属性文件，这三个属性文件均是只读、不可写。

base：与 gpiochipX 中的 X 相同，表示该控制器所管理的这组 GPIO 引脚中最小的编号。每一个 GPIO 引脚都会有一个对应的编号，Linux 下通过这个编号来操控对应的 GPIO 引脚。

使用cat命令对base文件信息进行查看如下图所示：

label：对应该组 GPIO 标签，使用cat命令对label文件进行查看，如下图所示：

ngpio：该控制器所管理的 GPIO 引脚的数量（所以引脚编号范围是：base ~ base+ngpio-1），使用cat命令对ngpio文件进行查看，如下图所示：

iTOP-RK3588有 5 组 GPIO bank：GPIO0~GPIO4，每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分,常用以下公式计算引脚：

GPIO pin脚计算公式：pin = bank * 32 + number     //bank为组号，number为小组编号
GPIO 小组编号计算公式：number = group * 8 + X  

iTOP-RK3588有 5 组 GPIO bank：GPIO0~GPIO4，每组又以 A0~A7, B0~B7, C0~C7, D0~D7 作为编号区分,常用以下公式计算引脚：

GPIO pin脚计算公式：pin = bank * 32 + number     //bank为组号，number为小组编号
GPIO 小组编号计算公式：number = group * 8 + X  

下面演示gpio座子5号引脚GPIO2_PC4 pin脚计算方法：

bank = 2;       //GPIO0_B7=> 2, bank ∈ [0,4]
group = 2;      //GPIO0_B7 => 2, group ∈ {(A=0), (B=1), (C=2), (D=3)}
X = 4;         //GPIO4_D7 => 4, X ∈ [0,7]
number = group * 8 + X = 2 * 8 + 4 =20
pin = bank*32 + number= 2 * 32 + 20 = 84;

export：用于将指定编号的 GPIO 引脚导出。在使用 GPIO 引脚之前，需要将其导出，导出成功之后才能使用它。注意 export 文件是只写文件，不能读取，将一个指定的编号写入到 export 文件中即可将对应的 GPIO 引脚导出，以GPIO2_PC4为例（pin计算值为84）使用export 文件进行导出(如果没有更换本章开始部分的内核设备树镜像，会导出不成功)，导出成功如下图所示：

echo 84 > export

 

会发现在/sys/class/gpio 目录下生成了一个名为 gpio84 的文件夹（gpioX，X 表示对应的编号），该文件夹就是导出来的 GPIO 引脚对应的文件夹，用于管理、控制该 GPIO 引脚。

unexport：将导出的 GPIO 引脚删除。当使用完 GPIO 引脚之后，需要将导出的引脚删除，同样该文件也是只写文件、不可读，使用unexport 文件进行删除GPIO2_PC4，删除成功如下图所示：

echo 84 > unexport

可以看到之前生成的 gpio84 文件夹就会消失！

需要注意的是，并不是所有 GPIO 引脚都可以成功导出，如果对应的 GPIO 已经被导出或者在内核中被使用了，那便无法成功导出，导出失败如下图所示：

再次使用以下命令导出GPIO2_PC3引脚，导出成功之后进入gpio84文件夹如下图所示：

echo 84 > export

可以看到gpio84文件夹下分别有active_low、device、direction、edge、power、subsystem、uevent、value八个文件，需要关心的文件是 active_low、direction、edge 以及 value 这四个属性文件，接下来分别介绍这四个属性文件的作用：

direction：配置 GPIO 引脚为输入或输出模式。该文件可读、可写，读表示查看 GPIO 当前是输入还是输出模式，写表示将 GPIO 配置为输入或输出模式；读取或写入操作可取的值为"out"（输出模式）和"in"（输入模式）。

在“/sys/class/gpio/gpio84”目录下使用cat命令查看direction输入输出模式，如下图所示：

cat direction

 

 默认状态下的输入输出状态为“in”,由于direction为可读可写，可以使用以下命令将模式配置为输出，配置完成如下图所示

echo out > direction

cat direction

active_low：用于控制极性得属性文件，可读可写，默认情况下为 0，使用cat命令进行文件内容的查看，如下图所示 ：

cat active_low

 

当 active_low 等于 0 时， value 值若为1则引脚输出高电平，value 值若为0则引脚输出低电平。当 active_low 等于 1 时 ，value 值若为0则引脚输出高电平，value 值若为1则引脚输出低电平。

edge：控制中断的触发模式，该文件可读可写。在配置 GPIO 引脚的中断触发模式之前，需将其设置为输入模式，四种触发模式的设置如下所示：

非中断引脚：echo "none" > edge 上升沿触发：echo "rising" > edge 下降沿触发：echo "falling" > edge 边沿触发：  echo "both" > edge

至此，关于GPIO的控制相关的知识就讲解完成了，下面将分别进行GPIO的输入和输出实验。

14.2 GPIO输出应用编程 

本小节代码在配套资料“iTOP-3588开发板\03_【iTOP-RK3588开发板】指南教程\03_系统编程配套程序\62”目录下，如下图所示：

实验要求：

通过GPIO输出应用程序控制GPIO口输出高低电平，以此来控制LED灯的亮灭。

14.2.1编写应用程序

实验步骤：

首先进入ubuntu的终端界面输入以下命令来创建 demo62_gpioout.c文件，如下图所示：

vim demo62_gpioout.c

然后向该文件中添加以下内容：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

char gpio_path[100];  // 存放GPIO路径

int gpio_ctrl(char *arg, char *val)  // 控制GPIO输出高低电平
{
    char file_path[100];  // 存放文件路径
    int fd, len, ret;

    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, arg);  // 将文件路径拼接起来
    fd = open(file_path, O_WRONLY);  // 以只写方式打开文件
    if (fd < 0) 
    {
        printf("无法打开文件: %s\n", file_path);  // 打开文件失败
        return -1;
    }

    len = strlen(val);
    ret = write(fd, val, len);  // 向文件中写入val内容
    if (ret < 0) 
    {
        printf("无法写入文件: %s\n", file_path);  // 写入文件失败
        close(fd);  // 关闭文件描述符
        return -1;
    }

    close(fd);  // 关闭文件描述符
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[])  // 主函数
{
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);  // 将GPIO路径存放到gpio_path中

    // 如果 GPIO 没有被导出，则导出 GPIO
    if (access(gpio_path, F_OK))  // 判断是否存在gpio_path指向的路径
    {
        int fd, len, ret;

        fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);  // 打开export文件
        if (fd < 0) 
        {
            printf("无法打开文件: /sys/class/gpio/export\n");  // 打开文件失败
            return -1;
        }

        len = strlen(argv[1]);
        ret = write(fd, argv[1], len);  // 向文件中写入argv[1]的内容
        if (ret < 0) 
        {
            printf("无法写入文件: /sys/class/gpio/export\n");  // 写入文件失败
            close(fd);  // 关闭文件描述符
            return -1;
        }

        close(fd);  // 关闭文件描述符
    }

    gpio_ctrl("direction", "out");  // 配置GPIO为输出模式
    gpio_ctrl("active_low", "0");  // 设置极性
    gpio_ctrl("value", argv[2]);   // 控制GPIO输出高低电平

    return 0;  // 返回0表示程序正常退出
}

第35行首先会判断相应的gpio文件是否存在，不存在则进行gpio的导出，存在就继续运行，第67-79行为了方便通过gpio_ctrl函数进行属性的配置。

保存退出之后，使用以下命令设置交叉编译器环境，并对demo62_gpioout.c进行交叉编译，编译完成如下图所示：

export PATH=/usr/local/arm64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH

aarch64-none-linux-gnu-gcc -o demo62_gpioout demo62_gpioout.c

最后将交叉编译生成的demo62_gpioout文件拷贝到/home/nfs共享目录下即可。

14.2.2开发板测试

Buildroot系统启动之后，首先使用以下命令进行nfs共享目录的挂载（其中192.168.1.7为作者ubuntu的ip地址，需要根据自身ubuntu的ip来设置），如下图所示：

mount -t nfs -o nfsvers=3,nolock 192.168.1.7:/home/nfs /mnt

nfs共享目录挂载到了开发板的/mnt目录下，进入到/mnt目录下，如下图所示：

可以看到/mnt目录下demo62_gpioout文件已经存在了，然后使用以下命令导出LED的GPIO2_PC4 pin脚，并设置为高电平，如下图所示：

./demo62_gpioout 84 1

使用命令之后会发现LED灯会亮起，然后使用以下命令关闭led灯，如下图所示：

./demo62_gpioout 84 0

命令运行成功之后，可以看到LED灯又熄灭了。至此，GPIO输出应用程序在开发板的测试就完成了。

14.3 GPIO输入应用编程

本小节代码在配套资料“iTOP-3588开发板\03_【iTOP-RK3588开发板】指南教程\03_系统编程配套程序\63”目录下，如下图所示：

 

实验要求：

通过GPIO输入应用程序来打印GPIO口当前输入的电平。

14.3.1编写应用程序 

实验步骤：

首先进入到ubuntu的终端界面输入以下命令来创建 demo63_gpioin.c文件，如下图所示：

vim demo63_gpioin.c

然后向该文件中添加以下内容： 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

char gpio_path[100];  // GPIO文件路径

int gpio_ctrl(char *arg, char *val) 
{
    char file_path[100];    // 文件路径
    int fd, len, ret;       // 文件描述符，写入字节数，返回值

    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, arg);  // 将GPIO文件路径和文件名拼接成文件路径
    fd = open(file_path, O_WRONLY);              // 以只写方式打开文件
    if (fd < 0) 
	{
        printf("open error\n");     // 打开文件错误
        return -1;
    }
    len = strlen(val);          // 获取字符串的长度
    ret = write(fd, val, len);  // 向文件中写入数据
    if (ret < 0) 
	{
        printf("write error\n");    // 写入数据错误
        return -1;
    }
    close(fd);          // 关闭文件
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    char file_path[100], buf[1];    // 文件路径，读取缓冲区
    int fd, len, ret;               // 文件描述符，写入字节数，返回值

    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);    // 将GPIO文件路径和GPIO号拼接成GPIO文件路径
    if (access(gpio_path, F_OK))    // 检查GPIO文件是否存在
	{
        fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);       // 打开export文件
        if (fd < 0) 
		{
            printf("open error\n");     // 打开文件错误
            return -1;
        }
        len = strlen(argv[1]);          // 获取字符串的长度
        ret = write(fd, argv[1], len);  // 向文件中写入GPIO号
        if (ret < 0) 
		{
            printf("write error\n");    // 写入数据错误
            return -1;
        }
        close(fd);          // 关闭文件
    }

    gpio_ctrl("direction", "in");     // 配置为输入模式 
    gpio_ctrl("active_low", "0");     // 极性设置
    gpio_ctrl("edge", "none");        // 设置非中断输入
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value"); // 将GPIO文件路径和value文件名拼接成文件路径
    fd = open(file_path, O_RDONLY);                // 以只读方式打开文件
    if (fd < 0) 
	{
        printf("open error\n");     // 打开文件错误
        return -1;
    }
    ret = read(fd, buf, 1);         // 从文件中读取1个字节的数据
    if (ret < 0) 
	{
        printf("write error\n");    // 读取数据错误
        return -1;
    }
    if (!strcmp(buf, "1"))      // 判断读取的数据是否为1
	{
        printf("the value is high\n");  // 数据为1，输出高电平
    } 
	else if (!strcmp(buf, "0")) // 判断读取的数据是否为0
	{
        printf("the value is low\n"); // 数据为0，输出低电平
    }
    close(fd);
    return 0;
}

第41行首先会判断相应的gpio文件是否存在，不存在则进行gpio的导出，存在就继续运行，第59-61行为了方便通过gpio_ctrl函数进行属性的配置。

保存退出之后，使用以下命令设置交叉编译器环境，并对demo63_gpioin.c进行交叉编译，编译完成如下图所示：

export PATH=/usr/local/arm64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH

aarch64-none-linux-gnu-gcc -o demo63_gpioin demo63_gpioin.c

最后将交叉编译生成的demo63_gpioin文件拷贝到/home/nfs共享目录下即可。

14.3.2开发板测试

Buildroot系统启动之后，首先使用以下命令进行nfs共享目录的挂载（其中192.168.1.7为作者ubuntu的ip地址，需要根据自身ubuntu的ip来设置），如下图所示：

mount -t nfs -o nfsvers=3,nolock 192.168.1.7:/home/nfs /mnt

nfs共享目录挂载到了开发板的/mnt目录下，进入到/mnt目录下，如下图所示：

可以看到/mnt目录下demo63_gpioin文件已经存在了，然后使用以下命令导出LED的GPIO2_PC4 pin脚，如下图所示：

./demo63_gpioin 84 

可以看到LED的GPIO2_PC4 pin脚打印的high值为高，而此时LED灯为点亮状态，所以gpio的状态打印正确。

为了测试输入底电平的状况，作者使用了杜邦线将GND接到了GPIO2_PC4 pin脚上，然后再次使用以下命令来进行状态的检测，如下图所示：

./demo63_gpioin 84 

可以看到LED的GPIO2_PC4 pin脚打印的low值为低，而此时LED灯为熄灭状态，所以gpio的状态打印正确。

至此GPIO输入应用程序在开发板的测试就完成了。

14.4 GPIO输入中断编程

本小节代码在配套资料“iTOP-3588开发板\03_【iTOP-RK3588开发板】指南教程\03_系统编程配套程序\64”目录下，如下图所示：

实验要求：

通过GPIO的输入中断程序，将中断触发方式设置为边沿触发，每当触发中断会打印“get interrupt”字符串。

14.4.1编写应用程序 

实验步骤：

首先进入到ubuntu的终端界面输入以下命令来创建 demo64_interrupt.c文件，如下图所示：

vim demo64_interrupt.c

 然后向该文件中添加以下内容：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>

char gpio_path[100];

// 控制GPIO的函数
int gpio_ctrl(char *arg, char *val) 
{
    char file_path[100];
    int fd, len, ret;

    // 根据参数和GPIO路径生成要控制的文件路径
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, arg);

    // 打开文件
    fd = open(file_path, O_WRONLY);
    if (fd < 0) 
	{
        printf("open error\n");
        return -1;
    }

    // 计算要写入的值的长度，并将值写入文件
    len = strlen(val);
    ret = write(fd, val, len);
    if (ret < 0) 
	{
        printf("write error\n");
        return -1;
    }

    // 关闭文件并返回成功
    close(fd);
    return 0;
}

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    char file_path[100], buff[10];
    int fd, len, ret;
    struct pollfd fds[1];

    // 根据命令行参数生成GPIO路径
    sprintf(gpio_path, "/sys/class/gpio/gpio%s", argv[1]);

    // 如果该GPIO未导出，则导出该GPIO
    if (access(gpio_path, F_OK)) 
	{
        fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
        if (fd < 0) 
		{
            printf("open error\n");
            return -1;
        }
        len = strlen(argv[1]);
        ret = write(fd, argv[1], len);
        if (ret < 0) 
		{
            printf("write error\n");
            return -1;
        }
        close(fd);
    }

    // 配置GPIO为输入模式、极性为正、边沿触发中断
    gpio_ctrl("direction", "in");
    gpio_ctrl("active_low", "0");
    gpio_ctrl("edge", "both");

    // 打开GPIO的值文件并将其文件描述符赋给pollfd结构体
    sprintf(file_path, "%s/%s", gpio_path, "value");
    fd = open(file_path, O_RDONLY);
    if (fd < 0) 
	{
        printf("open error\n");
        return -1;
    }
    fds[0].fd = fd;
    fds[0].events = POLLPRI; // 只关心高优先级数据可读（中断）
    read(fd, buff, 10); // 先读取一次清除状态

    // 进入循环，等待GPIO中断
    while (1) 
	{
        ret = poll(fds, 1, -1); // 等待事件发生
        if (ret == -1) 
		{
            printf("poll fail\n");
        }
        if (fds[0].revents & POLLPRI) 
		{ // 如果高优先级数据可读（中断触发）
            printf("get interrupt\n");
        }
    }

    // 关闭文件并返回成功
    close(fd);
    return 0;
}

第53行首先会判断相应的gpio文件是否存在，不存在则进行gpio的导出，存在就继续运行，第72-74行为了方便通过gpio_ctrl函数进行属性的配置，将中断模式设置为边沿触发，之后使用poll函数进行中断的判断，并打印相应的信息。

保存退出之后，使用以下命令设置交叉编译器环境，并对demo99_gpioin.c进行交叉编译，编译完成如下图所示：

export PATH=/usr/local/arm64/gcc-arm-10.3-2021.07-x86_64-aarch64-none-linux-gnu/bin:$PATH

aarch64-none-linux-gnu-gcc -o demo64_interrupt demo64_interrupt.c

最后将交叉编译生成的demo64_interrupt文件拷贝到/home/nfs共享目录下即可。

14.4.2开发板测试

Buildroot系统启动之后，首先使用以下命令进行nfs共享目录的挂载（其中192.168.1.7为作者ubuntu的ip地址，需要根据自身ubuntu的ip来设置），如下图所示：

mount -t nfs -o nfsvers=3,nolock 192.168.1.7:/home/nfs /mnt

nfs共享目录挂载到了开发板的/mnt目录下，进入到/mnt目录下，如下图所示：

 可以看到/mnt目录demo64_interrupt文件已经存在了，然后使用以下命令导出LED的GPIO2_PC4 pin脚，并设置中断触发模式，如下图所示：

./demo100_interrupt 84 

 

由于中断并没有被触发，所以程序会阻塞，等待中断的进行，然后使用杜邦线将GND接到GPIO2_PC4 pin脚，进行中断的测试，如下图所示：

可以看到中断就被触发了，相应的字符串也被打印了。至此GPIO输入中断应用程序在开发板的测试就完成了。