「哪吒開發(fā)板」用Rust 探索RISC-V主板D1之GPIO

如下是來自RVBoards開源小組liangdi關(guān)于「哪吒開發(fā)板」的技術(shù)文章。

用 Rust 探索RISC-V 主板?全志D1芯片之GPIO

gpio 是單片機或者單板機和外部硬件溝通的橋梁，通過它可以控制外部硬件，可以建立通訊，可以獲取傳感器數(shù)據(jù)等

D1 開發(fā)板和樹莓派一樣，對外引出了 40pin 引腳， 這些引腳包含3.3v，5v供電， GND ， 以及幾個未使用（NC）引腳， 然后就是我們要講到的 GPIO 引腳。

輔助利器

開發(fā) gpio 應(yīng)用離不開幾個利器

1. 原理圖

已經(jīng)開放原理圖下載， 下載地址： https://www.rvboards.org/forum/cn/assets/uploads/files/1620265818082-d1哪吒開發(fā)板原理圖20210224.pdf

根據(jù)原理圖，我們可以看到 40pin 引腳與之對應(yīng)的芯片端口

這里要說明 D1 板子用 PCF8574 擴展了 8 個 IO 分別是 PP0-PP7 ，其他引出的 IO 來至 D1 這顆芯片， 并且由于 IO 端口不足， 40 Pin 里面物理 32pin 和 38pin 為未啟用（NC）， 樹莓派中是兩個 GPIO 端口

2. DEBUGFS

第二個利器就是 debugfs Wiki： Debugfs

debugfs 傳承了 Linux 一切皆文件的理念，把內(nèi)核更多信息通過文件系統(tǒng)展現(xiàn)給開發(fā)者，這里當然就包括了我們要的 gpio 信息

debugfs 默認掛載在 /sys/kernel/debug ， 如果沒有掛載，可以執(zhí)行 mount -t debugfs none /sys/kernel/debug 掛載

在 /sys/kernel/debug 目錄下有個 gpio 文件

里面內(nèi)容顯示了，板子上有兩部分 gpio 組成，第一部分（gpiochip0）有 0-223 ，共224 個 gpio 端口，來自 D1 芯片， 第二部分（gpiochip1） 2020-2027 ， 共8個 gpio 端口來自 PCF8574， 并且 8574 是通過 i2c 連接的 ， 同時又顯示了gpiochip0 中已經(jīng)做了配置的 GPIO 接口

D1 芯片中的 gpio 信息可以在 /sys/kernel/debug/pinctrl/2000000.pinctrl/pins 找到編號和芯片引腳名稱（PA1，PB2等）的對應(yīng)關(guān)系

3. SYSFS

sysfs 和 debugfs 一樣，通過文件系統(tǒng)，用戶不僅可以查看信息，還可以操作硬件。

在 /sys/class/gpio 目錄下有四個文件，分別是 export，gpiochip0 ，gpiochip2020，unexport

其中 gpiochip0，gpiochip2020 鏈接的是芯片兩個gpio主控

export 和 unexport 用來控制 gpio 的開啟與關(guān)閉

# 啟用 2020 號 gpio 端口， 根據(jù)上面的信息，可以知道 2020 對應(yīng)擴展 IO PP0 ， 也就是 40pin 引腳中的 GPIO8echo 2020 > export

# 執(zhí)行完 echo 2020 > export 后， 會在 /sys/class/gpio 中創(chuàng)建一個目錄 /sys/class/gpio/gpio202 ， 在這個目錄里面就可以設(shè)置 gpio 的in 和 out 以及讀取或者輸出高低電平cd /sys/class/gpio/gpio2020

# 設(shè)置為輸出echo out > direction

# 設(shè)置高電平echo 1>value

# 設(shè)置低電平echo 0> value

# 執(zhí)行代碼后， 如果接了 LED 燈， 燈就會亮了又滅了

Rust 在 gpio 方面的支持情況

rust 有以下一些 crate

1. LINUX-EMBEDDED-HAL

Implementation of the embedded-hal traits for Linux devices

2. GPIO-CDEV

基于 GPIO character device ABI 的庫

3. SYSFS-GPIO

基于 sysfs 操作 gpio 的庫， 原理如上面手動操作 sysfs 是一樣的

4. GPIO-UTILS

操作 gpio 的小工具程序， 基于 sysfs_gpio

Rust Demo （使用cdev-gpio）

list gpios

extern crate gpio_cdev;

use gpio_cdev::*;

fn main() {
    let  chip_iterator = match chips() {
        Ok(chips) => chips,
        Err(e) => {
            println!("Failed to get chip iterator: {:?}", e);
            return;
        }
    };

    for chip in chip_iterator {
        let chip = match chip {
            Ok(chip) => chip,
            Err(err) =>  panic!("Failed to open the chip: {:?}", err)
        };
            println!(
                "GPIO chip: {}, "{}", "{}", {} GPIO Lines",
                chip.path().to_string_lossy(),
                chip.name(),
                chip.label(),
                chip.num_lines()
            );
            for line in chip.lines() {
                match line.info() {
                    Ok(info) => {
                        let mut flags = vec![];

                        if info.is_kernel() {
                            flags.push("kernel");
                        }

                        if info.direction() == LineDirection::Out {
                            flags.push("output");
                        }

                        if info.is_active_low() {
                            flags.push("active-low");
                        }
                        if info.is_open_drain() {
                            flags.push("open-drain");
                        }
                        if info.is_open_source() {
                            flags.push("open-source");
                        }

                        let usage = if !flags.is_empty() {
                            format!("[{}]", flags.join(" "))
                        } else {
                            "".to_owned()
                        };

                        println!(
                            "	line {lineno:>3}: {name} {consumer} {usage}",
                            lineno = info.line().offset(),
                            name = info.name().unwrap_or("unused"),
                            consumer = info.consumer().unwrap_or("unused"),
                            usage = usage,
                        );
                    }
                    Err(e) => println!("	Error getting line info: {:?}", e),
                }
            }
            println!();
    }
}

cdev-gpio 的接口中， 通過 chips（） 獲取 gpio控制器列表， D1 中的/dev/gpiochip0 和 /dev/gpiochip1

每個 chip 中有 lines 列表，就是控制器下的 gpio 列表 line 就是 gpio 對象， 可以 進行 set_value ， get_value ，以及設(shè)定輸入輸出等操作

總體來說， Linux 對 gpio 封裝已經(jīng)很簡單， rust 在這方面支持也比較完善。