3.1.2 GPIO应用

开发板预置了 GPIO Python 库 Hobot.GPIO，用户可以通过如下命令导入GPIO库。

sunrise@ubuntu:~$ sudo python3
Python 3.8.10 (default, Mar 15 2022, 12:22:08)
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import Hobot.GPIO as GPIO
>>> GPIO.VERSION
'0.0.2'
>>> GPIO.model
'RDK_X5'

设置引脚编码方式

开发板的引脚编码有 4 种模式：

• BOARD：物理引脚序号，与开发板的丝印序号一一对应。
• BCM：根据博通SoC制定的GPIO命名规则。
• CVM： 使用字符串代替数字，对应于CVM / CVB连接器的信号名称。
• SOC： 对应的编号是芯片内部的 GPIO 管脚序号。

本文推荐用户使用BOARD编码模式，设置编码的方式如下： 注意：编码每次只能设置一次，如果想要重新设置，需要GPIO.cleanup()后重新设置

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
# or
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
# or
GPIO.setmode(GPIO.CVM)
# or
GPIO.setmode(GPIO.SOC)

查询编码方式：

GPIO.getmode()

程序会输出 BOARD, BCM, CVM, SOC or None 其中的一种结果。

警告信息

以下几种情况下运行代码，会有警告日志输出，但并不会影响正常功能：

• 用户尝试使用的GPIO，已在其他应用程序中使用；
• 在设置模式和通道之前，尝试调用 GPIO.cleanup 清理管脚；

如要屏蔽警告信息，可通过如下命令实现：

GPIO.setwarnings(False)

管脚配置

GPIO管脚在使用之前，需要进行相应的配置，具体如下：

设置为输入的方式如下：

GPIO.setup(channel, GPIO.IN)

设置为输出的方式如下：

GPIO.setup(channel, GPIO.OUT)

也可以为输出通道指定一个初始值，例如：

GPIO.setup(channel, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)

另外，工具支持同时设置多个输出通道，例如：

# set gpio(18,12,13) to output
channels = [18, 12, 13]
GPIO.setup(channels, GPIO.OUT)

输入操作

要读取通道的值，请使用：

GPIO.input(channel)

命令返回值为 0 或者 1。 0 代表 GPIO.LOW， 1 代表 GPIO.HIGH。

输出操作

要设置通道的输出值，请使用：

GPIO.output(channel, state)

其中 state 可以是 GPIO.LOW 或 GPIO.HIGH。

清理管脚占用

在程序推出前，推荐进行通道清理动作，请使用：

GPIO.cleanup()

如果只想清理特定通道，请使用：

# 清除单个通道
GPIO.cleanup(channel)
# 清除一组通道
GPIO.cleanup( (channel1, channel2) )
GPIO.cleanup( [channel1, channel2] )

查看管脚状态

此功能允许您检查对应 GPIO 通道的功能：

GPIO.gpio_function(channel)

该函数返回 IN 或 OUT。

边沿检测与中断

边沿是电信号从低到高（上升沿）或从高到低（下降沿）的变化，这种改变可以看作是一种事件的发生，这种事件可以用来触发CPU中断信号。

info

在RDK Ultra平台上，40pin上只有特定几个管脚才能作为中断管脚使用，它们在BOARD编码模式下的编号为：13、16、18、22、27、28、32、33、37

管脚定义请参考 管脚配置与定义

GPIO库提供了三种方法来检测输入事件：

wait_for_edge() 函数

此函数阻塞调用线程，直到检测到对应的边缘变化。函数调用如下：

GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING)

其中，第二个参数指定要检测的边沿，取值范围为GPIO.RISING、GPIO.FALLING 或 GPIO.BOTH。如果要指定等待时间，可以选择设置超时：

# 超时以毫秒为单位
GPIO.wait_for_edge(channel, GPIO.RISING, timeout=500)

在超时时间内外部信号发生变化，函数返回检测的通道号；如果发生超时，函数返回None。

event_detected() 函数

此函数可用于定期检查自上次调用以来是否发生了事件。该函数可以按如下方式设置和调用：

# 在通道GPIO上设置上升沿检测
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
if GPIO.event_detected(channel):
    print("Rising edge event detected")

您可以检测 GPIO.RISING、GPIO.FALLING 或 GPIO.BOTH 的事件。

检测到边沿事件时运行回调函数

此功能可用于注册回调函数，回调函数运行在独立的处理线程中，使用说明如下：

# define callback function
def callback_fn(channel):
    print("Callback called from channel %s" % channel)

# enable rising detection
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=callback_fn)

如有需要，也可以添加多个回调，方法如下：

def callback_one(channel):
    print("First Callback")

def callback_two(channel):
    print("Second Callback")

GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING)
GPIO.add_event_callback(channel, callback_one)
GPIO.add_event_callback(channel, callback_two)

由于所有回调函数运行在同一线程上，因此不同的回调是按顺序运行的，而不是同时运行。

为了通过将多个事件合并为一个事件来防止多次调用回调函数，可以选择设置去抖动时间：

# bouncetime unit is ms
GPIO.add_event_detect(channel, GPIO.RISING, callback=callback_fn, bouncetime=200)

关闭中断

如果不再需要边沿检测，可以将其删除，如下所示：

GPIO.remove_event_detect(channel)

测试例程

在 /app/40pin_samples/目录下提供主要的测试例程：

测试例程名	说明
simple_out.py	单个管脚输出测试
simple_input.py	单个管脚输入测试
button_led.py	一个管脚作为按键输入，一个管脚作为输出控制LED
test_all_pins_input.py	所有管脚的输入测试代码
test_all_pins.py	所有管脚的输出测试代码
button_event.py	捕获管脚的上升沿、下降沿事件
button_interrupt.py	中断方式处理管脚的上升沿、下降沿事件

• GPIO 设置为输出模式，1秒钟切换输出电平，可以用于控制LED灯的循环亮灭， 测试代码 simple_out.py：

#!/usr/bin/env python3
import sys
import signal
import Hobot.GPIO as GPIO
import time

def signal_handler(signal, frame):
    sys.exit(0)

# 定义使用的GPIO通道为37
output_pin = 37 # BOARD 编码 37

def main():
    # 设置管脚编码模式为硬件编号 BOARD
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    # 设置为输出模式，并且初始化为高电平
    GPIO.setup(output_pin, GPIO.OUT, initial=GPIO.HIGH)
    # 记录当前管脚状态
    curr_value = GPIO.HIGH
    print("Starting demo now! Press CTRL+C to exit")
    try:
        # 间隔1秒时间，循环控制LED灯亮灭
        while True:
            time.sleep(1)
            GPIO.output(output_pin, curr_value)
            curr_value ^= GPIO.HIGH
    finally:
        GPIO.cleanup()

if __name__=='__main__':
    signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)
    main()

• GPIO 设置为输入模式，通过忙轮询方式读取管脚电平值，测试代码 simple_input.py：

#!/usr/bin/env python3
import sys
import signal
import Hobot.GPIO as GPIO
import time

def signal_handler(signal, frame):
    sys.exit(0)

# 定义使用的GPIO通道为37
input_pin = 37 # BOARD 编码 37

GPIO.setwarnings(False)

def main():
    prev_value = None

    # 设置管脚编码模式为硬件编号 BOARD
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    # 设置为输入模式
    GPIO.setup(input_pin, GPIO.IN)

    print("Starting demo now! Press CTRL+C to exit")
    try:
        while True:
            # 读取管脚电平
            value = GPIO.input(input_pin)
            if value != prev_value:
                if value == GPIO.HIGH:
                    value_str = "HIGH"
                else:
                    value_str = "LOW"
                print("Value read from pin {} : {}".format(input_pin, value_str))
                prev_value = value
            time.sleep(1)
    finally:
        GPIO.cleanup()

if __name__=='__main__':
    signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)
    main()

• GPIO 设置为输入模式，捕获管脚的上升沿、下降沿事件，测试代码 button_event.py, 实现检测37号管脚的下降沿，然后控制31号管脚的输出：

#!/usr/bin/env python3
import sys
import signal
import Hobot.GPIO as GPIO
import time

def signal_handler(signal, frame):
    sys.exit(0)

# 定义使用的GPIO通道：
# 31号作为输出，可以点亮一个LED
# 37号作为输入，可以接一个按钮
led_pin = 31 # BOARD 编码 31
but_pin = 37 # BOARD 编码 37

# 禁用警告信息
GPIO.setwarnings(False)

def main():
    # 设置管脚编码模式为硬件编号 BOARD
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
    GPIO.setup(led_pin, GPIO.OUT)  # LED pin set as output
    GPIO.setup(but_pin, GPIO.IN)  # button pin set as input

    # Initial state for LEDs:
    GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)

    print("Starting demo now! Press CTRL+C to exit")
    try:
        while True:
            print("Waiting for button event")
            GPIO.wait_for_edge(but_pin, GPIO.FALLING)

            # event received when button pressed
            print("Button Pressed!")
            GPIO.output(led_pin, GPIO.HIGH)
            time.sleep(1)
            GPIO.output(led_pin, GPIO.LOW)
    finally:
        GPIO.cleanup()  # cleanup all GPIOs

if __name__ == '__main__':
    signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)
    main()

• GPIO 设置为输入模式，启动gpio中断功能，响应管脚的上升沿、下降沿事件，测试代码 button_interrupt.py, 实现检测 37 号管脚的下降沿，然后控制16号管脚快速切换高低电平 5 次：

#!/usr/bin/env python3
import sys
import signal
import Hobot.GPIO as GPIO
import time

def signal_handler(signal, frame):
    sys.exit(0)

# 定义使用的GPIO通道：
# 15号作为输出，可以点亮一个LED
# 16号作为输出，可以点亮一个LED
# 37号作为输入，可以接一个按钮
led_pin_1 = 15 # BOARD 编码 15
led_pin_2 = 16 # BOARD 编码 16
but_pin = 37   # BOARD 编码 37


# 禁用警告信息
GPIO.setwarnings(False)

# 按下按钮时 LED 2 快速闪烁 5 次
def blink(channel):
    print("Blink LED 2")
    for i in range(5):
        GPIO.output(led_pin_2, GPIO.HIGH)
        time.sleep(0.5)
        GPIO.output(led_pin_2, GPIO.LOW)
        time.sleep(0.5)

def main():
    # Pin Setup:
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)  # BOARD pin-numbering scheme
    GPIO.setup([led_pin_1, led_pin_2], GPIO.OUT)  # LED pins set as output
    GPIO.setup(but_pin, GPIO.IN)  # button pin set as input

    # Initial state for LEDs:
    GPIO.output(led_pin_1, GPIO.LOW)
    GPIO.output(led_pin_2, GPIO.LOW)

    # 把blink函数注册为按钮下降沿事件的中断处理函数
    GPIO.add_event_detect(but_pin, GPIO.FALLING, callback=blink, bouncetime=10)
    # 开始测试， Led1 缓慢闪烁
    print("Starting demo now! Press CTRL+C to exit")
    try:
        while True:
            # blink LED 1 slowly
            GPIO.output(led_pin_1, GPIO.HIGH)
            time.sleep(2)
            GPIO.output(led_pin_1, GPIO.LOW)
            time.sleep(2)
    finally:
        GPIO.cleanup()  # cleanup all GPIOs

if __name__ == '__main__':
    signal.signal(signal.SIGINT, signal_handler)
    main()

hb_gpioinfo工具介绍

hb_gpioinfo 是适配X5的一个gpio帮助工具，可以查看当前开发板的的PinName和PinNum的对应关系

hb_gpioinfo组成

hb_gpioinfo工具由驱动和应用两部分组成,驱动负责解析pinmux-gpio.dtsi并将pinnode和pinname信息导出到debugfs系统中，hb_gpioinfo应用进行解析打印到终端上 驱动代码路径：kernel/drivers/gpio/hobot_gpio_debug.c

hb_gpioinfo使用实例

• PinName:指的是Soc上的管脚名字，原理图上X5 Soc管脚命名一致
• PinNode：指的是设备树中的PinNode信息
• PinNum：指的是X5实际的对应的管脚gpio编号

root@ubuntu:~# hb_gpioinfo
gpiochip0 - 8 lines: @platform/31000000.gpio: @GPIOs 498-505
        [Number]                [Mode]  [Status]  [GpioName]       [PinName]              [PinNode]           [PinNum]
        line  0:        unnamed input                             AON_GPIO0_PIN0        aon_gpio_0              498
        line  1:        unnamed input                             AON_GPIO0_PIN1        aon_gpio_1              499
        line  2:        unnamed input  active-low  GPIO Key Power AON_GPIO0_PIN2        aon_gpio_2              500
        line  3:        unnamed input              interrupt      AON_GPIO0_PIN3        aon_gpio_3              501
        line  4:        unnamed input                             AON_GPIO0_PIN4        aon_gpio_4              502
        line  5:        unnamed input              id             AON_ENV_VDD           aon_gpio_5              503
        line  6:        unnamed input              id             AON_ENV_CNN0          aon_gpio_6              504
        line  7:        unnamed input                             AON_ENV_CNN1          aon_gpio_7              505
gpiochip1 - 31 lines: @platform/35060000.gpio: @GPIOs 466-496
        [Number]                [Mode]  [Status]  [GpioName]       [PinName]              [PinNode]           [PinNum]
        line  0:        unnamed input                             HSIO_ENET_MDC         hsio_gpio0_0            466
        line  1:        unnamed input                             HSIO_ENET_MDIO        hsio_gpio0_1            467
        line  2:        unnamed input                             HSIO_ENET_TXD_0       hsio_gpio0_2            468
        line  3:        unnamed input                             HSIO_ENET_TXD_1       hsio_gpio0_3            469
        line  4:        unnamed input                             HSIO_ENET_TXD_2       hsio_gpio0_4            470
        line  5:        unnamed input                             HSIO_ENET_TXD_3       hsio_gpio0_5            471
        line  6:        unnamed input                             HSIO_ENET_TXEN        hsio_gpio0_6            472
        line  7:        unnamed input                             HSIO_ENET_TX_CLK      hsio_gpio0_7            473
        line  8:        unnamed input                             HSIO_ENET_RX_CLK      hsio_gpio0_8            474
        ....