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论 SoC上的Linux如何拉动外部I/O

news 2025/7/7 12:44:43

在MCU中（如classic autosr或其他RTOS），一般可以直接通过往对应的寄存器（地址转为指针）写值，
或者调用一些硬件抽象层或者驱动接口来拉动芯片提供的GPIO。
但是在Linux中，可能不会让应用层直接去访问底层的物理地址，而且配置GPIO或者其他什么IO，往往不只一个寄存器，可能是一组，比较复杂。

SoC中嵌入式Linux控制I/O需要关注的问题

SoC相较于单片机或者MCU，往往复杂得多。读芯片手册和电路板原理图的时候，需要关注很多问题，

I/O种类

目前我看到的I/O有两种，一种是SoC芯片直接提供的GPIO. 一种是通过i2c总线，挂一些I/O扩展器，来实现的外部I/O。
对于SoC板而言，可能这两种同时存在。但是他们的控制方法是不同的。

当使用了总线 I/O扩展芯片来实现外部 I/O, 那么还需要获取和阅读对应扩展芯片的手册。

设备树

需要查阅、核对、修正设备树的能力。
SoC内部的配置和体系各家各自成一套，所以才有设备树。设备树和开发板不配套，可能会造成很多问题，比如/dev下面东西不对。地址不对等等。
另外，要是内核裁剪的有问题，比如一些驱动或者文件系统没有放进来，就更麻烦了，要重新编译内核和内核模块。

GPIO

需要先确认我们需要使用的GPIO芯片，以及该端口位于该GPIO芯片的编号。

然后可以使用gpio文件系统去配置和控制对应的IO。

这里可能需要使用设备树文件来识别控制芯片和偏移。
偏移请参阅SOC的芯片手册。

下面都以TDA4论坛上的问答为例：
[FAQ] TDA4VM/DRA829/AM65xx: Linux: Configuring GPIOs

查询gpio控制芯片和设备树信息：

root@j7-evm:~# find /proc/device-tree/__symbols__/ | grep gpio
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio_intr
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio7
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio5
/proc/device-tree/__symbols__/wkup_gpio0
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio3
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio1
/proc/device-tree/__symbols__/gpio_keys
/proc/device-tree/__symbols__/wkup_gpio_intr
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio6
/proc/device-tree/__symbols__/wkup_gpio1
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio4
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio2
/proc/device-tree/__symbols__/main_gpio0root@j7-evm:~# cat /proc/device-tree/__symbols__/main_gpio0
/interconnect@100000/gpio@600000

然后对应地址来找驱动文件系统：


root@j7-evm:~# ls -la /sys/class/gpio/lrwxrwxrwx 1 root root 0 Feb 17 08:38 gpiochip84 -> ../../devices/platform/interconnect@100000/600000.gpio/gpio/gpiochip84

根据对应的地址我们发现，控制芯片是84

如果我们要控制gpio0_127。
就得到：84+127=211.

然后：

root@j7-evm:~# cd /sys/class/gpio/
root@j7-evm:/sys/class/gpio# echo 211 > export
root@j7-evm:/sys/class/gpio# cd gpio211
root@j7-evm:/sys/class/gpio/gpio211# echo out > direction
root@j7-evm:/sys/class/gpio/gpio100# echo 1 > value

Above should export the GPIO and you can do read/writes.

I2C扩展I/O

参考：
TDA4VMXEVM: USER_LED1 & USER_LED2 through I2C GPIO EXPANDER2 (TCA6424ARGJR) - Processors forum - Processors - TI E2E support forums

以TDA4通用开发板为例：

在这里插入图片描述

开发板原理图中包含GPIO扩展MAP表。
查表可知I2C0 总线，0x22芯片地址的P26 P27有两个灯（I/O）可以被用户使用。

在这里插入图片描述

从图中可知，这是一个IO扩展芯片，和SOC之间通过I2C扩展。

这里写了地址0x22。和芯片型号。

查询对应型号的芯片手册，

8.6.2 Register Descriptions

在这里插入图片描述

从datasheet中可知，寄存器0 1 2三个字节，表示各个io的读取结果。

4 5 6是配置输出内容的地方。

8 9 10，配置极性反转。目前用不到。

12 13 14，配置I/O的方向。1 是输入，0 是输出。

那我们需要点亮LED P26 P27。

就如下操作：

查看i2c地址和对应的总线号。


root@j7-evm:~# dmesg | grep i2c
[    1.082853] i2c /dev entries driver
[    1.235041] omap_i2c 40b00000.i2c: bus 0 rev0.12 at 100 kHz
[    1.235521] omap_i2c 40b10000.i2c: bus 1 rev0.12 at 100 kHz
[    1.239971] omap_i2c 42120000.i2c: bus 2 rev0.12 at 100 kHz
[    1.265639] omap_i2c 2000000.i2c: bus 3 rev0.12 at 400 kHz
[    1.266549] omap_i2c 2010000.i2c: bus 4 rev0.12 at 400 kHz
[    1.267005] omap_i2c 2020000.i2c: bus 5 rev0.12 at 100 kHz
[    1.292154] omap_i2c 2030000.i2c: bus 6 rev0.12 at 400 kHz
[    1.295636] omap_i2c 2040000.i2c: bus 7 rev0.12 at 100 kHz
[    1.296040] omap_i2c 2050000.i2c: bus 8 rev0.12 at 100 kHz
[    1.319763] omap_i2c 2060000.i2c: bus 9 rev0.12 at 400 kHzroot@j7-evm:/proc/device-tree/__symbols__# cat main_i2c0
/bus@100000/i2c@2000000

可知i2c0 的总线号是 3.

后面使用i2c 工具来操作扩展芯片的寄存器：

#查看设备
root@j7-evm:~# i2cdetect -y -r  30  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
20: UU -- UU -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 
50: -- -- -- -- -- -- -- 57 -- -- -- -- -- -- -- -- 
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 6d -- -- 
70: 70 71 -- -- -- -- 76 -- #UU似乎表示这里0x20 0x22是两个内核没有使用的设备，和手册里的i2c芯片地址对应了# 读取当前寄存器内容
root@j7-evm:~# i2cdump -f -y 3 0x22 b0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: 0c 84 f1 XX 3f fd ff XX 00 00 00 XX 3b f9 ef XX    ???X??.X...X;??X
10: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
20: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
30: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
40: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
50: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
60: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
70: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
80: 0c 84 f1 XX 3f fd ff XX 00 00 00 XX 3b f9 ef XX    ???X??.X...X;??X
90: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
a0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
b0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
c0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
d0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
e0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
f0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX# 配置P26 为输出
#P27在14号寄存器上，现在是ef .P27配为0 输出后是6Froot@j7-evm:~# i2cset -y -f 3 0x22 0x0e 0x6f
root@j7-evm:~# i2cdump -f -y 3 0x22 b0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: 0c 84 f1 XX 3f fd ff XX 00 00 00 XX 3b f9 6f XX    ???X??.X...X;?oX
10: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
20: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
30: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
40: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
50: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
60: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
70: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
80: 0c 84 f1 XX 3f fd ff XX 00 00 00 XX 3b f9 6f XX    ???X??.X...X;?oX
90: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
a0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
b0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
c0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
d0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
e0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
f0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX#再将P26输出数据配置为0 在6号寄存器上 改成7F
root@j7-evm:~# i2cset -f -y 3 0x22 0x06 0x7F
root@j7-evm:~# i2cdump -f -y 3 0x22 b0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f    0123456789abcdef
00: 0c 84 71 XX 3f fd 7f XX 00 00 00 XX 3b f9 6f XX    ??qX???X...X;?oX
10: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
20: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
30: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
40: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
50: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
60: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
70: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
80: 0c 84 71 XX 3f fd 7f XX 00 00 00 XX 3b f9 6f XX    ??qX???X...X;?oX
90: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
a0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
b0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
c0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
d0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
e0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX
f0: XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX    XXXXXXXXXXXXXXXX

可以看到一个灯亮了！！！

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