「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。