「哪吒开发板」用Rust 探索RISC-V主板D1之GPIO
如下是来自rvboards开源小组liangdi关于「哪吒开发板」的技术文章。
用 rust 探索risc-v 主板 全志d1芯片之gpio
gpio 是单片机或者单板机和外部硬件沟通的桥梁，通过它可以控制外部硬件，可以建立通讯，可以获取传感器数据等
d1 开发板和树莓派一样，对外引出了 40pin 引脚， 这些引脚包含3.3v，5v供电， gnd ， 以及几个未使用（nc）引脚， 然后就是我们要讲到的 gpio 引脚。
辅助利器 开发 gpio 应用离不开几个利器
1. 原理图
已经开放原理图下载， 下载地址： https://www.rvboards.org/forum/cn/assets/uploads/files/1620265818082-d1哪吒开发板原理图20210224.pdf
根据原理图，我们可以看到 40pin 引脚与之对应的芯片端口
这里要说明 d1 板子用 pcf8574 扩展了 8 个 io 分别是 pp0-pp7 ，其他引出的 io 来至 d1 这颗芯片， 并且由于 io 端口不足， 40 pin 里面物理 32pin 和 38pin 为未启用（nc）， 树莓派中是两个 gpio 端口
2. debugfs
第二个利器就是 debugfs wiki： debugfs
debugfs 传承了 linux 一切皆文件的理念，把内核更多信息通过文件系统展现给开发者，这里当然就包括了我们要的 gpio 信息
debugfs 默认挂载在 /sys/kernel/debug ， 如果没有挂载，可以执行 mount -t debugfs none /sys/kernel/debug 挂载
在 /sys/kernel/debug 目录下有个 gpio 文件
里面内容显示了，板子上有两部分 gpio 组成，第一部分（gpiochip0）有 0-223 ，共224 个 gpio 端口，来自 d1 芯片， 第二部分（gpiochip1） 2020-2027 ， 共8个 gpio 端口来自 pcf8574， 并且 8574 是通过 i2c 连接的 ， 同时又显示了gpiochip0 中已经做了配置的 gpio 接口
d1 芯片中的 gpio 信息可以在 /sys/kernel/debug/pinctrl/2000000.pinctrl/pins 找到编号和芯片引脚名称（pa1，pb2等）的对应关系
3. sysfs
sysfs 和 debugfs 一样，通过文件系统，用户不仅可以查看信息，还可以操作硬件。
在 /sys/class/gpio 目录下有四个文件，分别是 export，gpiochip0 ，gpiochip2020，unexport
其中 gpiochip0，gpiochip2020 链接的是芯片两个gpio主控
export 和 unexport 用来控制 gpio 的开启与关闭
# 启用 2020 号 gpio 端口， 根据上面的信息，可以知道 2020 对应扩展 io pp0 ， 也就是 40pin 引脚中的 gpio8echo 2020 > export
# 执行完 echo 2020 > export 后， 会在 /sys/class/gpio 中创建一个目录 /sys/class/gpio/gpio202 ， 在这个目录里面就可以设置 gpio 的in 和 out 以及读取或者输出高低电平cd /sys/class/gpio/gpio2020
# 设置为输出echo out > direction
# 设置高电平echo 1>value
# 设置低电平echo 0> value
# 执行代码后， 如果接了 led 灯， 灯就会亮了又灭了
rust 在 gpio 方面的支持情况 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 的库
3. sysfs-gpio
基于 sysfs 操作 gpio 的库， 原理如上面手动操作 sysfs 是一样的
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， 通过 chips（） 获取 gpio控制器列表， d1 中的/dev/gpiochip0 和 /dev/gpiochip1
每个 chip 中有 lines 列表，就是控制器下的 gpio 列表 line 就是 gpio 对象， 可以 进行 set_value ， get_value ，以及设定输入输出等操作
总体来说， linux 对 gpio 封装已经很简单， rust 在这方面支持也比较完善。
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1. 原理图
已经开放原理图下载， 下载地址： https://www.rvboards.org/forum/cn/assets/uploads/files/1620265818082-d1哪吒开发板原理图20210224.pdf
根据原理图，我们可以看到 40pin 引脚与之对应的芯片端口
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debugfs 默认挂载在 /sys/kernel/debug ， 如果没有挂载，可以执行 mount -t debugfs none /sys/kernel/debug 挂载
在 /sys/kernel/debug 目录下有个 gpio 文件
里面内容显示了，板子上有两部分 gpio 组成，第一部分（gpiochip0）有 0-223 ，共224 个 gpio 端口，来自 d1 芯片， 第二部分（gpiochip1） 2020-2027 ， 共8个 gpio 端口来自 pcf8574， 并且 8574 是通过 i2c 连接的 ， 同时又显示了gpiochip0 中已经做了配置的 gpio 接口
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其中 gpiochip0，gpiochip2020 链接的是芯片两个gpio主控
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# 执行完 echo 2020 > export 后， 会在 /sys/class/gpio 中创建一个目录 /sys/class/gpio/gpio202 ， 在这个目录里面就可以设置 gpio 的in 和 out 以及读取或者输出高低电平cd /sys/class/gpio/gpio2020
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# 设置高电平echo 1>value
# 设置低电平echo 0> value
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每个 chip 中有 lines 列表，就是控制器下的 gpio 列表 line 就是 gpio 对象， 可以 进行 set_value ， get_value ，以及设定输入输出等操作
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