基于全志芯片的GPIO及底层（C/Python）编程

目标环境：搭载A20芯片的核心板Cubieboard2，使用522扩展板，用TF卡搭载cb2-dvk-sdcard-ubuntu-desktop-lcd-ctp-lvds-1024x600-v1.1.img系统
管脚图：http://docs.cubieboard.org/cubieboard1_and_cubieboard2_gpio_pin

GPIO是General Purpose Input/Output的简写，通用输入输出接口。GPIO是一种泛指，几乎所有MCU芯片都有GPIO。包括UART/SPI等接口管脚，也是一种GPIO。在中文上，我觉得用“输入输出管脚”的说法比较合适。。既然GPIO与硬件相关，那么必然厂家需要提供支持。

全志芯片的GPIO，由运行其上的Linux版本：linux-sunxi提供直接支持。可以用过两种方式操作GPIO。
一、设置linux-sunxi启动脚本配置文件，开启系统对gpio的支持，然后通过echo指令进行操作。优点：不用编程；缺点：改系统配置文件，重启系统后生效；
二、使用sunxi的相关驱动（C、python等）。优点：不论系统配置文件是否声明，均可操作；缺点：C语言需要编译对应系统的二进制文件。（Python可以绕开）

方法一、通过脚本配置文件和Linux指令操作GPIO
linux-sunxi有个配置文件script.bin，在系统启动时，通过该配置文件来设置全志芯片的各个管脚和操作参数。修改script.bin需要使用全志提供工具sunxi-tools。通过sunxi-tools将script.bin文件转换为script.fex文本文件，修改script.fex文件之后，再用sunxi-tools将其转换为script.bin文件，重启系统。系统将会开放对应设置的GPIO。我们常在各种文章看到“修改script.fex文件“，就是指这个。实际上，script.fex中，不仅仅只有对GPIO配置的声明。可参看全志资料：
Fex Guide：http://linux-sunxi.org/Fex_Guide#.5Bgpio_para.5D
GPIO：http://linux-sunxi.org/GPIO

1、script.bin在什么位置？
根据系统启动的方式不同，其位置不同：
1）TF启动：
/dev/目录下的mmcblk0p1包含uEnv.txt 、 script.bin和uImage；mmcblk0p2 是文件系统。挂载相应目录，可执行以下命令：

$mkdir /mnt/mmp1   
$mkdir /mnt/mmp2   
$mount /dev/mmcblk0p1 /mnt/mmp1   
$mount /dev/mmcblk0p2 /mnt/mmp2  

2）Nand启动：
/dev/目录下的nanda 包含boot.ini、sprite.axf、uEnv.txt、script.bin 和uImage 等；nandb 是文件系统。挂载相应目录，执行命令：

$mkdir /mnt/nanda   
$mkdir /mnt/nandb   
$mount /dev/nanda /mnt/nanda   
$mount /dev/nandb /mnt/nandb  

2、对script.bin操作
script.bin 为二进制文件，不可以直接更改，需要通过 bin2fex命令转换为 script.fex。 script.fex为文本格式，可以直接更改。更改后， 再通过fex2bin命令把script.fex转换成script.bin。 如果没有 bin2fex 和 fex2bin 命令，需要安装，在终端输入相应命令：

apt-get install git   
git clone git://github.com/linux-sunxi/sunxi-tools.git 

 

通过该命令，会在当前目录下得到安装文件 sunxi-tools。

cd sunxi-tools/   
apt-get install make  
apt-get install gcc   
apt-get install libusb-1.0   
make   

sunxi-tools 目录下会产生 fex2bin 与 bin2fex两个工具。 把它们拷贝到/usr/bin目录下。

cp fex2bin bin2fex /usr/bin/  

相应的转换操作如下：

fex2bin script.fex script.bin   
bin2fex script.bin script.fex 

 

修改script.fex 需要使用 vim，执行以下命令安装：

apt-get install vim

 

3、修改script.fex中

[gpio_para]  
gpio_used = 1  
gpio_num = 5  
gpio_pin_1 = port:PH20<1><default><default><1>  
gpio_pin_2 = port:PH21<1><default><default><1>  
gpio_pin_3 = port:PH07<6><default><default><default>  
gpio_pin_4 = port:PE10<1><default><default><0>  
gpio_pin_5 = port:PE11<1><default><default><0>  

说明：
1）script.fex中要按规定声明节段名，gpio是：[gpio_para]
2）script.fex中采用key=value的形式进行配置；
3）gpio_used：用于声明是否使用gpio，1标识使用，0标识不使用；
4）gpio_num：使用gpio的数量
5）gpio_pin_N=port:<port><mux feature><pullup/down><drive capability><output level>
<port>：端口编号
<mux feature>：0标识输入；1标识输出；2-7根据不同芯片定义不同；
<pullup/down>：0标识无效disabled；1标识“上升沿”有效；2标识“下降沿”有效；（仅当作为输入管脚时有用）；default标识该选项采用默认值，可忽略；
<drive capability>：标识输出管脚的驱动能力（mA），0-3分别代表10mA、20mA、30mA和40mA；default标识该选项采用默认值，可忽略；
<output level>：标识输出管脚的初始电平，1标识高电平，0标识低电平（仅当作为输出管脚时有用）；default标识该选项采用默认值，可忽略；
其中，PH20是核心板上的绿灯，PH21是核心板上的红灯，PE10和PE11是522扩展板上已经外接好的LED测试排灯。总共有8个，接核心板的PE4~PE11管脚。

4、将script.fex转换为script.bin并重启系统

fex2bin script.fex script.bin  
reboot  

5、启动好之后，用linux的echo指令打开系统对gpio的映射，对应我们新配置的script.fex，就是第4号和5号两个管脚：

root@cubieboard2:/# echo 4 > /sys/class/gpio/export  
root@cubieboard2:/# echo 5 > /sys/class/gpio/export

 

然后我们就可以看到系统赋予的gpio名称：

root@cubieboard2:/# ls sys/class/gpio  
export  gpio4_pe10  gpio5_pe11  gpiochip1  unexport 

操作gpio的势能方向：

root@cubieboard2:/# echo out > /sys/class/gpio/gpio4_pe10/direction  
root@cubieboard2:/# echo out > /sys/class/gpio/gpio4_pe11/direction  

操作gpio控制led灯的亮灭：

root@cubieboard2:/# echo 1 > /sys/class/gpio/gpio4_pe10/value  
root@cubieboard2:/# echo 0 > /sys/class/gpio/gpio4_pe10/value 

方法二、使用sunxi的相关驱动（C、python等）
附件分别是C和py的库文件。

1、C语言示例代码（只使用gpio_lib.c和gpio_lib.h）：

#include <stdlib.h>  
#include <stdio.h>  
  
#include "gpio_lib.h"  
#define PE5    SUNXI_GPE(5)  
#define PE8    SUNXI_GPE(8)  
#define PE9    SUNXI_GPE(9)  
#define PE10   SUNXI_GPE(10)  
#define PE11   SUNXI_GPE(11)  
  
int main()  
{  
    if(SETUP_OK!=sunxi_gpio_init()){  
        printf("Failed to initialize GPIO\n");  
        return -1;  
    }  
    if(SETUP_OK!=sunxi_gpio_set_cfgpin(PE5,OUTPUT)){  
        printf("Failed to config GPIO PE5 pin\n");  
        return -1;  
    }  
    if(SETUP_OK!=sunxi_gpio_set_cfgpin(PE8,OUTPUT)){  
        printf("Failed to config GPIO PE8 pin\n");  
        return -1;  
    }  
    if(SETUP_OK!=sunxi_gpio_set_cfgpin(PE9,OUTPUT)){  
        printf("Failed to config GPIO PE9 pin\n");  
        return -1;  
    }  
    if(SETUP_OK!=sunxi_gpio_set_cfgpin(PE10,OUTPUT)){  
        printf("Failed to config GPIO PE10 pin\n");  
        return -1;  
    }  
    if(SETUP_OK!=sunxi_gpio_set_cfgpin(PE11,OUTPUT)){  
        printf("Failed to config GPIO PE11 pin\n");  
        return -1;  
    }  
  
    while(1){  
        if(sunxi_gpio_output(PE5,HIGH)){  
            printf("Failed to set GPIO PE5 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
        if(sunxi_gpio_output(PE5,LOW)){  
            printf("Failed to set GPIO PE5 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
      
        if(sunxi_gpio_output(PE8,HIGH)){  
            printf("Failed to set GPIO PE8 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
        if(sunxi_gpio_output(PE8,LOW)){  
            printf("Failed to set GPIO PE8 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
  
      
        if(sunxi_gpio_output(PE9,HIGH)){  
            printf("Failed to set GPIO PE9 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
        if(sunxi_gpio_output(PE9,LOW)){  
            printf("Failed to set GPIO PE9 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
  
  
        if(sunxi_gpio_output(PE10,HIGH)){  
            printf("Failed to set GPIO PE10 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
        if(sunxi_gpio_output(PE10,LOW)){  
            printf("Failed to set GPIO PE10 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
  
        if(sunxi_gpio_output(PE11,HIGH)){  
            printf("Failed to set GPIO PE11 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
        if(sunxi_gpio_output(PE11,LOW)){  
            printf("Failed to set GPIO PE11 pin value\n");  
            return -1;  
        }  
        usleep(500000);  
    }  
  
    sunxi_gpio_cleanup();  
  
    return 0;  
}

可以在目标操作系统上直接编译：

$sudo apt-get install gcc build-essential  
$tar -xf gpio.tar  
$cd gpio/  
$gcc gpio_lib.c -c  
$gcc gpio.c -c  
$gcc gpio.o gpio_lib.o -o gpio  
$./gpio  

也可以搭建交叉编译环境来编译：

$arm-linux-gnueabi-gcc  gpio_lib.c  gpio.c -static -o gpio  
$./gpio  

2、python代码示例
配置python

sudo apt-get install python-dev  
wget http://dl.linux-sunxi.org/users/tom/pySUNXI-0.1.12.tar.gz  
tar zxf pySUNXI-0.1.12.tar.gz  
sudo python setup.py install 

新建一个blink.py文件

#!/usr/bin/env python 
  
import SUNXI_GPIO as GPIO  
import time  
  
RED_LED = GPIO.PE11  
  
GPIO.init()  
GPIO.setcfg(RED_LED, GPIO.OUT)  
      
while True:  
        GPIO.output(RED_LED, GPIO.HIGH)  
        time.sleep(1)  
        GPIO.output(RED_LED, GPIO.LOW)  
        time.sleep(1)  

运行代码：

chmod +x blink.py  
sudo ./blink.py  

顺便补充一下，经过测试，本例中A20搭载的是ubuntu的一个精简版linaro 12.09。示例中交叉编译好的C语言执行文件，同样可以在cb2-dvk-nand-android-4.2.2-lcd-ctp-lvds-1024x600-v1.1.img中执行。