Работа с GPIO: различия между версиями
Taraant (обсуждение | вклад) м (Актуализировал ссылку) |
|||
(не показаны 4 промежуточные версии 1 участника) | |||
Строка 50: | Строка 50: | ||
В настоящий момент, для работы с gpio в userspace доступны 2 интерфейса: ''sysfs'' и ''chardev'' (начиная с версии ядра 4.8). | В настоящий момент, для работы с gpio в userspace доступны 2 интерфейса: ''sysfs'' и ''chardev'' (начиная с версии ядра 4.8). | ||
Различия между ''chardev'' и ''sysfs'' хорошо описаны в [https:// | Различия между ''chardev'' и ''sysfs'' хорошо описаны в [https://sergioprado.blog/new-linux-kernel-gpio-user-space-interface/ этой статье]. Sysfs имеет статус deprecated, поэтому, по возможности, <u>стоит работать через chardev</u>. | ||
===Работа через chardev=== | ===Работа через chardev=== | ||
Строка 56: | Строка 56: | ||
Представленный в ядре 4.8 интерфейс chardev имеет C/Python библиотеку ''libgpiod'' и userspace-утилиты для работы с gpio. Исходный код библиотеки и документация доступны в [https://github.com/brgl/libgpiod репозитории libgpiod]. | Представленный в ядре 4.8 интерфейс chardev имеет C/Python библиотеку ''libgpiod'' и userspace-утилиты для работы с gpio. Исходный код библиотеки и документация доступны в [https://github.com/brgl/libgpiod репозитории libgpiod]. | ||
Утилиты распространяются в составе debian-пакетов ''gpiod'' и ''libgpiod-dev''. | Утилиты распространяются в составе debian-пакетов ''gpiod'' и ''libgpiod-dev''. Установка: | ||
Для работы с gpio | <syntaxhighlight lang="bash"> | ||
~# apt install gpiod | |||
</syntaxhighlight> | |||
Для работы с gpio в пакете ''gpiod'' поставляются следующие утилиты: | |||
* <code>gpiodetect</code> — информация обо всех банках gpio в системе | * <code>gpiodetect</code> — информация обо всех банках gpio в системе | ||
* <code>gpioinfo</code> — подробная информация обо всех линиях gpio определённого банка | * <code>gpioinfo</code> — подробная информация обо всех линиях gpio определённого банка | ||
Строка 66: | Строка 70: | ||
* <code>gpiomon</code> — отслеживание событий gpio | * <code>gpiomon</code> — отслеживание событий gpio | ||
Примеры использования gpiod можно посмотреть в [https://www.acmesystems.it/gpiod] и [https://github.com/brgl/libgpiod] | Пример работы: | ||
<syntaxhighlight lang="bash"> | |||
~# systemctl stop wb-mqtt-gpio # stop WB GPIO<==>MQTT bridge | |||
~# gpiofind "A1 IN" # find gpiochip and offset for a given label | |||
gpiochip0 231 | |||
~# gpioget `gpiofind "A1 IN"` # get the current GPIO value, using data returned by gpiofind | |||
1 | |||
~# gpiofind "A1 OUT" # find chip and offset for another GPIO | |||
gpiochip0 109 | |||
~# gpioset gpiochip0 109=1 # enable A1 OUT | |||
~# gpioset gpiochip0 109=0 # disable A1 OUT | |||
~# gpioset `gpiofind "A1 OUT"`=0 # now the same using gpiofind | |||
</syntaxhighlight> | |||
Примеры использования gpiod можно посмотреть в [https://www.acmesystems.it/gpiod] и [https://github.com/brgl/libgpiod]. | |||
===Интерфейс sysfs=== | ===Интерфейс sysfs=== | ||
Строка 145: | Строка 164: | ||
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio32/value | echo 0 > /sys/class/gpio/gpio32/value | ||
</syntaxhighlight> | </syntaxhighlight> | ||
====Номера GPIO==== | |||
Наиболее унивверсальный способ получить номер GPIO для устаревшего интерфейса sysfs - получить его по метке GPIO. | |||
Для этого нужно найти номер gpiochip, смещение внутри gpiochip и базовый адрес gpiochip. | |||
Пример: | |||
<syntaxhighlight lang="bash"> | |||
~# gpiofind "A1 OUT" | |||
gpiochip0 109 | |||
~# cat /sys/class/gpio/gpiochip0/base | |||
0 | |||
</syntaxhighlight> | |||
Т.е. для A1 OUT будет старый номер 0 (base) + 109 (offset) = 109. | |||
Номера по метке можно получить также через отладочный интерфейс ядра. Это не требует использования утилит gpiod, но формат вывода может быть изменён в новых версиях ядра. "Старый" (глобальный) номер указан в первом столбце: | |||
<syntaxhighlight lang="bash"> | |||
~# cat /sys/kernel/debug/gpio | grep "A1 OUT" | |||
gpio-109 (A1 OUT |wb-mqtt-gpio ) out lo | |||
</syntaxhighlight> | |||
GPIO для дискретных входов и выходов модулей расширения и модулей ввода-вывода доступны таким же образом. Не забудьте выбрать модуль в интерфейсе Hardware Modules Configuration. | |||
====Работа с прерываниями==== | ====Работа с прерываниями==== | ||
Строка 180: | Строка 228: | ||
Модуль позволяет работать с gpio в синхронном и асинхронном (с регистрацией коллбэков) режимах. | Модуль позволяет работать с gpio в синхронном и асинхронном (с регистрацией коллбэков) режимах. | ||
Текущая версия на 22:40, 30 августа 2024
ВНИМАНИЕ: статья рассчитана на разработчиков или опытных пользователей и даёт общие рекомендации того, как использовать gpio в обход официального ПО WirenBoard.
Если вам нужно работать напрямую с gpio, то мы рекомендуем делать это через драйвер wb-mqtt-gpio.
Описание доступных ножек gpio для конкретной ревизии контроллера можете посмотреть в статье GPIO.
Меры предосторожности
- Убедитесь, что вашу задачу нельзя решить стандартными средствами программного обеспечения Wiren Board.
- Все порты Wiren Board, в том числе и GPIO, работают с напряжением 3.3V.
- Подключение сигнала с напряжением большим 3.3V к ножке GPIO грозит выходом из строя процессорного модуля.
В случае необходимости подключения устройств, работающих с более высоким напряжением, необходимо использовать схемы согласования или подключать (для 5V) через резистор в 20 кОм и более.
Именование gpio
К сожалению, четкого стандарта по именованию gpio не существует. Номера, смещения и названия gpiochip стоит брать в таблицах: Таблицы GPIO разных версий контроллера.
Работа из userspace
Перед началом работы из userspace, необходимо убедиться, в том, что нужный gpio — свободен. Для этого можно посмотреть на вывод команды
cat /sys/kernel/debug/gpio
В выводе команды видим примерно следующее:
gpiochip0: GPIOs 0-31, parent: platform/209c000.gpio, 209c000.gpio:
gpio-0 ( |sysfs ) in hi IRQ
gpio-10 ( |? ) in lo
gpio-11 ( |w1 ) in hi
gpio-13 ( |w1 strong pullup ) out lo
gpio-26 ( |sysfs ) out lo
gpio-27 ( |sysfs ) out hi
Это значит, что gpio 0, 26 и 27 уже экспортированы в sysfs и доступны для управления. Gpio 11 и 13 заняты ядерным драйвером onewire и недоступны для использования. Остальные gpio банка 0 — свободны.
Если нужный gpio — занят, то можно остановить драйвер:
lsmod | grep w1 # узнаем название драйвера
rmmod w1_gpio # выгружаем драйвер, название которого узнали
ВНИМАНИЕ: остановка драйверов может привести к неожиданному поведению контроллера. Теперь нужный gpio свободен до следующей перезагрузки.
В контроллерах Wiren Board доступные к использованию gpio обычно заняты сервисом wb-mqtt-gpio. Остановить его можно так:
systemctl stop wb-mqtt-gpio
Bash
В настоящий момент, для работы с gpio в userspace доступны 2 интерфейса: sysfs и chardev (начиная с версии ядра 4.8).
Различия между chardev и sysfs хорошо описаны в этой статье. Sysfs имеет статус deprecated, поэтому, по возможности, стоит работать через chardev.
Работа через chardev
Представленный в ядре 4.8 интерфейс chardev имеет C/Python библиотеку libgpiod и userspace-утилиты для работы с gpio. Исходный код библиотеки и документация доступны в репозитории libgpiod.
Утилиты распространяются в составе debian-пакетов gpiod и libgpiod-dev. Установка:
~# apt install gpiod
Для работы с gpio в пакете gpiod поставляются следующие утилиты:
gpiodetect
— информация обо всех банках gpio в системеgpioinfo
— подробная информация обо всех линиях gpio определённого банкаgpioget <чип> <линия>
— возвращает значение определённого gpiogpioset <чип> <линия1>=<значение1> <линия2>=<значение2>
— устанавливает состояние на определенные линии gpiogpiofind <название>
— возвращает номер gpiogpiomon
— отслеживание событий gpio
Пример работы:
~# systemctl stop wb-mqtt-gpio # stop WB GPIO<==>MQTT bridge
~# gpiofind "A1 IN" # find gpiochip and offset for a given label
gpiochip0 231
~# gpioget `gpiofind "A1 IN"` # get the current GPIO value, using data returned by gpiofind
1
~# gpiofind "A1 OUT" # find chip and offset for another GPIO
gpiochip0 109
~# gpioset gpiochip0 109=1 # enable A1 OUT
~# gpioset gpiochip0 109=0 # disable A1 OUT
~# gpioset `gpiofind "A1 OUT"`=0 # now the same using gpiofind
Примеры использования gpiod можно посмотреть в [1] и [2].
Интерфейс sysfs
Для работы через sysfs c определённым GPIO его надо экспортировать:
Здесь и далее N — номер gpio
echo N > /sys/class/gpio/export
Экспортированные gpio появляются в каталоге /sys/class/gpio
:
~# ls -1 /sys/class/gpio/
export
gpio32
gpiochip0
gpiochip120
gpiochip32
gpiochip64
unexport
В директории /sys/class/gpioN
теперь находятся файлы для работы с GPIO (где N — номер GPIO, как и было сказано ранее):
~# ls -1 /sys/class/gpio/gpioN/
active_low
device
direction
edge
power
subsystem
uevent
value
Установка направления GPIO (ввод/вывод) производится с помощью записи в файл direction
echo in > /sys/class/gpio/gpioN/direction # установим GPIO номер N на ввод
echo out > /sys/class/gpio/gpioN/direction # установим GPIO номер N на вывод
Чтение и установка значения GPIO производится с помощью файла value
.
Чтение и запись
Чтение:
echo in > /sys/class/gpio/gpioN/direction # установим GPIO номер N на ввод
cat /sys/class/gpio/gpioN/value # вернёт 1 или 0
Запись:
echo out > /sys/class/gpio/gpioN/direction # установим GPIO номер N на вывод
echo 0 > /sys/class/gpio/gpioN/value # установим логический 0 (низкое напряжение) на GPIO номер N
echo 1 > /sys/class/gpio/gpioN/value # установим логический 1 (высокое напряжение) на GPIO номер N
Пример:
- Находим номер GPIO, соответсвующий вашей версии контролера нужному клеммнику в таблице WB2.8. Для клеммника номер 2 в версии 2.8 это GPIO 32.
- Экспортируем GPIO в sysfs
echo 32 > /sys/class/gpio/export
- Устанавливаем GPIO в режим вывода для управления транзистором. Это обязательно, т.к. GPIO может находится в режиме ввода и иметь высокий импенданс, оставляя транзистор в неопределённом состоянии.
echo out > /sys/class/gpio/gpio32/direction
- Открываем транзистор, подавая логический высокий уровень на затвор:
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio32/value
- Закрываем транзистор, подавая логический ноль на затвор:
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio32/value
Номера GPIO
Наиболее унивверсальный способ получить номер GPIO для устаревшего интерфейса sysfs - получить его по метке GPIO. Для этого нужно найти номер gpiochip, смещение внутри gpiochip и базовый адрес gpiochip.
Пример:
~# gpiofind "A1 OUT"
gpiochip0 109
~# cat /sys/class/gpio/gpiochip0/base
0
Т.е. для A1 OUT будет старый номер 0 (base) + 109 (offset) = 109.
Номера по метке можно получить также через отладочный интерфейс ядра. Это не требует использования утилит gpiod, но формат вывода может быть изменён в новых версиях ядра. "Старый" (глобальный) номер указан в первом столбце:
~# cat /sys/kernel/debug/gpio | grep "A1 OUT"
gpio-109 (A1 OUT |wb-mqtt-gpio ) out lo
GPIO для дискретных входов и выходов модулей расширения и модулей ввода-вывода доступны таким же образом. Не забудьте выбрать модуль в интерфейсе Hardware Modules Configuration.
Работа с прерываниями
Через интерфейс sysfs можно запросить прерывания по изменению состояния процессора.
Установка прерывания производится путём записи значения в файл "edge". Значения могут быть:
none
— отключить прерываниеrising
— включить прерывание по нисходящему фронтуfalling
— включить прерывание по восодящему фронтуboth
— включить прерывание по обеим фронтам.
Пример работы с прерываниями:
~# echo 3 > /sys/class/gpio/export # экспортируем GPIO номер 3 (TB10 на WB3.3)
~# cat /sys/class/gpio/gpio3/edge # проверяем состояние прерывания
none
~# echo falling > /sys/class/gpio/gpio3/edge # устанавливаем прерывание по нисходящему фронту
~# cat /proc/interrupts | grep gpiolib # прерывание появилось в списке. 26 - внутренний номер прерывания, 0 - количество событий
26: 0 gpio-mxs 3 gpiolib
~# cat /proc/interrupts | grep gpiolib # после нескольких собтий, 76 - количество событий
26: 76 gpio-mxs 3 gpiolib
Прерывания можно ловить из userspace с помощью системного вызова epoll() и select() на файл value. Пример работы см. [3]
См. также elinux.org
Python
Для управления gpio из python был написан модуль
wb_common.gpio
Модуль представляет собой обёртку вокруг sysfs. Исходный код доступен на нашем github.
Модуль позволяет работать с gpio в синхронном и асинхронном (с регистрацией коллбэков) режимах.