10. 控制蜂鸣器（GPIO子系统）

本章讲解Linux GPIO子系统驱动相关应用层程序的控制原理。

本章的示例代码目录为：base_code/linux_app/beep。

GPIO是General Purpose I/O的缩写，即通用输入输出端口，简单来说就是MCU/CPU可控制的引脚，这些引脚通常有多种功能，最基本的是高低电平输入检测和输出，部分引脚还会与主控器的片上外设绑定，如作为串口、I2C、网络、电压检测的通讯引脚。

与LED子系统类似，Linux提供了GPIO子系统驱动框架，使用该驱动框架可以把CPU的GPIO引脚导出到用户空间，用户通过访问/sys文件系统进行控制，GPIO子系统支持把引脚用于基本的输入输出功能，其中输入功能还支持中断检测。在Linux内核源码的“Documentation/gpio”目录可找 到关于GPIO子系统的说明。

通过GPIO子系统可以控制LED、蜂鸣器以及按键检测这类硬件设备，不过由于本开发板出厂的默认镜像中，LED灯使用了LED子系统驱动控制，按键使用了input输入子系统驱动控制，不方便在用户空间使用GPIO的方式进行实验，而蜂鸣器在驱动层中我们是使用GPIO子系统的，本章选择蜂鸣器作为示例讲解。

在Mini开发板上没有蜂鸣器，实验时可使用电压表检测对应引脚的电平输出。

GPIO驱动子系统导出到用户空间的目录是“/sys/class/gpio”。

可使用如下命令查看：

如下图:

该目录下的主要内容说明如下：

export文件：导出GPIO，该文件只能写不能读，用户向该文件写 入GPIO的编号N可以向内核申请将该编号的GPIO导出到用户空间，若内核本 身没有把该GPIO用于其它功能，那么在/sys/class/gpio目录下会新增一 个对应编号的gpioN目录，如上图一导出了gpio19。

unexport文件：export的相反操作，取消导出GPIO，该文件同样只能 写不能读。上图演示了往unexport写入19后，gpio19目录消失了。

gpiochipX目录：该目录是指GPIO控制器外设，Ubuntu主机上默认没有这样的功能。

gpioN目录：通过export导出的具体GPIO引脚的控制目录，如上图中的gpio19目录下会包含有 控制该引脚的相应文件。

gpioN目录下相关的设备文件，可以使用以下命令查看：

如下图:

常用的属性文件介绍如下：

direction文件：表示GPIO引脚的方向，它的可取值如下：

in：引脚为输入模式。

out：引脚为输出模式，且默认输出电平为低。

low：引脚为输出模式，且默认输出电平为低。

high：引脚为输出模式，且默认输出电平为高。

value文件：表示GPIO的电平，1表示高电平，0表示低电平。GPIO被配置为输出 模式， 那么修改该文件的内容可以改变引脚的电平。

edge文件：用于配置GPIO的中断触发方式，当GPIO被配置为中断时，可以通过系统 的poll函数监听。edge文件可取如下的属性值：

none：没有使用中断模式。

rising：表示引脚为中断输入模式，上升沿触发。

falling：表示引脚为中断输入模式，下降沿触发。

both：表示引脚为中断输入模式，边沿触发。

与LED子系统不同，当某个引脚被用于具体的LED设备时，该引脚会被设备占用，它的 功能在用户空间是无法再被修改的，而使用GPIO子系统的设备则可以在用户空间灵活配置作为输入、输出或中断模式。

只要我们知道蜂鸣器的GPIO引脚编号，就可以就可以通过它导出的direction、value文件 控制引脚输出高低电平，从而控制它发声了。当然，如果硬件上临时把该引脚修改为按键 高低电平检测，此时也可以通过这些文件把引脚改为输入模式使用，而不需要修改Linux内核驱动。

与LED驱动设备不一样，LED已经在内核驱动（设备树）绑定了具体引脚的端 口号，最终直接以设备名字导出到用户空间，所以控制时只要通过设备文件即可 控制，而不需要知道具体的硬件连接。使用GPIO子系统时，需要用户自主控制导出 使用哪个引脚，所以我们要根据蜂鸣器的硬件连接来进行实验。

Mini开发板不带蜂鸣器，实验时可以在引出的排针处找到该引脚，使用 电压表测量它的输出电压即可。

如下图:

从上图可了解到，蜂鸣器的控制引脚名为“GPIO1_19”，该引脚输出高电平时，三极 管导通，蜂鸣器响，引脚输出低电平时，电路断开，蜂鸣器不响。

i.MX6ULL芯片GPIO引脚名格式通常为GPIOn_IOx，如此处的GPIO1_19或GPIO4_IO20等等，其 中n是端口号，x为该组端口的引脚号，本开发板采用的芯片有1~5组端口，每组端口包含的引脚从0~31不等。 本开发板中export文件使用的编号index与GPIO引脚名的转换关系如下：

index = GPIOn_IOx = (n-1)*32 + x

例如蜂鸣器使用的引脚编号为：index = GPIO1_19 = (1-1)*32 +19 = 19。

又例如GPIO4_IO20的编号为：index = GPIO4_IO20 = (4-1)*32+20=116。

要注意并不是所有的引脚都能通过export文件导出到用户空间的，例 如GPIO4_IO20引脚已经被用在了LED设备上。

下面使用命令行控制蜂鸣器，讲解GPIO子系统设备属性的应用。

由于在Ubuntu主机通常无法导出GPIO，请在开发板上执行以下命令测试,测试前需确保当前用户为root用户：

如下图:

命令执行的原理非常简单：

把蜂鸣器的编号写入到export文件，导出GPIO设备。

修改蜂鸣器设备属性direction文件值为out，把GPIO设置为输出方向。

修改蜂鸣器设备属性文件value的值为1或0，控制蜂鸣器响或不响。

类似地，也可以通过系统调用的文件操作方式控制蜂鸣器。

工程中的beep_bsp.c文件包含了控制蜂鸣器相关的函数，见如下所示。