Accéder aux entrées/sorties depuis l'espace utilisateur via SysFs

¹⁾Par défaut, le système de fichiers est configuré pour accéder aux GPIO via le procédé SysFs. Il s'agit d'un procédé de fichiers avec une arborescence spécifique accessible depuis /sys/. On peut retenir ces ces points importants :

1. Les contrôleurs de GPIO sont visibles depuis /sys/class/gpio. Chaque contrôleur contrôle quelques GPIO.

   root@Petalinux_LEDs:~# ls /sys/class/gpio
   export       gpiochip890  gpiochip898  gpiochip906  unexport

   Ici nous pouvons voir trois contrôleurs gpiochip890, gpiochip898 et gpiochip906. Des informations sont disponibles pour chacun d'eux.

   root@Petalinux_LEDs:~# ls /sys/class/gpio/gpiochip890
   base       label      ngpio      power      subsystem  uevent
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip890/base
   890
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip890/label
   /amba_pl/gpio@41200000
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip890/ngpio 
   8

   root@Petalinux_LEDs:~# ls /sys/class/gpio/gpiochip898
   base       label      ngpio      power      subsystem  uevent
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip898/base 
   898
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip898/label
   /amba_pl/gpio@41200000
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip898/ngpio 
   8

   root@Petalinux_LEDs:~# ls /sys/class/gpio/gpiochip906/
   base       device     label      ngpio      power      subsystem  uevent
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip906/base 
   906
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip906/label 
   zynq_gpio
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpiochip906/ngpio 
   118

   Le premier contrôleur est réservé pour le port des interrupteurs, le second pour le port des DELs que nous avons configurés lors de la création du projet Vivado (il y en a 8 interrupteurs et 8 DELs au total) et le troisième correspond à l'ensemble des GPIOs qui sont accessibles par le Zynq. Les numéro indiqués dans le fichier base correspondent aux numéros de la première GPIO accessible sur le port correspondant. Les GPIO suivantes sont accessibles aux numéros suivants, jusqu'à base + ngpio.

2. Les GPIOs à utiliser doivent être configurées. Il faut les déclarer dans le fichier export. Cela crée un répertoire du nom de la GPIO.

   root@Petalinux_LEDs:~# echo 898 > /sys/class/gpio/export
   root@Petalinux_LEDs:~# ls /sys/class/gpio/
   export       gpio898      gpiochip898  gpiochip906  unexport
   root@Petalinux_LEDs:~# ls /sys/class/gpio/gpio898
   active_low  direction   power       subsystem   uevent      value

   Une fois créée, il est nécessaire d'indiquer sa direction (entrée ou sortie), dans le fichier direction.

   root@Petalinux_LEDs:~# echo out > /sys/class/gpio/gpio898/direction

   Idem pour la les autres DELs et interrupteurs :

   root@Petalinux_LEDs:~# echo 905 > /sys/class/gpio/export
   root@Petalinux_LEDs:~# echo out > /sys/class/gpio/gpio905/direction
   root@Petalinux_LEDs:~# echo 890 > /sys/class/gpio/export 
   root@Petalinux_LEDs:~# echo 897 > /sys/class/gpio/export 
   root@Petalinux_LEDs:~# echo in > /sys/class/gpio/gpio890/direction 
   root@Petalinux_LEDs:~# echo in > /sys/class/gpio/gpio897/direction

3. Pour affecter un état à la sortie, on utilise le fichier value

   root@Petalinux_LEDs:~# echo 1 > /sys/class/gpio/gpio898/value
   root@Petalinux_LEDs:~# echo 1 > /sys/class/gpio/gpio905/value

   Les DELs LD0 et LD7 s'allument.

   root@Petalinux_LEDs:~# echo 0 > /sys/class/gpio/gpio898/value
   root@Petalinux_LEDs:~# echo 0 > /sys/class/gpio/gpio905/value

   Les DELs LD0 et LD7 s'éteignent.

4. Pour contrôler l'état d'une entrée, on utilise aussi le fichier value

   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpio890/value 
   0
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpio897/value 
   0

   Lorsque les interrupteurs SW0 et SW7 sont ouverts.

   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpio890/value 
   1
   root@Petalinux_LEDs:~# cat /sys/class/gpio/gpio897/value 
   1

   Lorsque les interrupteurs SW0 et SW7 sont fermés.

5. Pour libérer les ports d'entrées sorties pour d'autres applications, il est nécessaire de les désinscrire par l'intermédiaire du fichier unexport

   root@Petalinux_LEDs:~# echo 890 > /sys/class/gpio/unexport 
   root@Petalinux_LEDs:~# echo 897 > /sys/class/gpio/unexport 
   root@Petalinux_LEDs:~# echo 898 > /sys/class/gpio/unexport
   root@Petalinux_LEDs:~# echo 905 > /sys/class/gpio/unexport

Ce programme C donne un aperçu sur la façon de manipuler ce système de fichiers pour accéder aux entrées / sorties

/* allume_LED_sysfs.c
 *
 * Example of sysfs use for Zedboard
 * Eric Meyer <emeyer@utinam.cnrs.fr>
 * From "blink.c" for Raspaberry-Pi by Guillermo A. & Amaral B.
 * http://elinux.org/RPi_GPIO_Code_Samples#sysfs
 *
 * This software will make LEDs to blink, from LD0 to LD7
 * enabled by the switches from SW0 to SW7
 */
 
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
#define IN  0
#define OUT 1
 
#define LOW  0
#define HIGH 1
 
#define SWbase 890
#define LDbase 898
 
#define LD0   LDbase + 0
#define LD1   LDbase + 1
#define LD2   LDbase + 2
#define LD3   LDbase + 3
#define LD4   LDbase + 4
#define LD5   LDbase + 5
#define LD6   LDbase + 6
#define LD7   LDbase + 7
 
#define SW0   SWbase + 0
#define SW1   SWbase + 1
#define SW2   SWbase + 2
#define SW3   SWbase + 3
#define SW4   SWbase + 4
#define SW5   SWbase + 5
#define SW6   SWbase + 6
#define SW7   SWbase + 6
 
#define LD_dir "out"
#define SW_dir "in"
 
/* Function to register io number */
static int GPIOExport(int io)
{
	#define BUFFER_MAX 5
	char buffer[BUFFER_MAX];
	ssize_t bytes_written;
	int fd;
 
	fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to open export for writing!\n");
		return(-1);
	}
 
	bytes_written = snprintf(buffer, BUFFER_MAX, "%d", io);
	write(fd, buffer, bytes_written);
	close(fd);
	return(0);
}
 
/* Function to release io number */
static int GPIOUnexport(int io)
{
	#define BUFFER_MAX 5
	char buffer[BUFFER_MAX];
	ssize_t bytes_written;
	int fd;
 
	fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to open unexport for writing!\n");
		return(-1);
	}
 
	bytes_written = snprintf(buffer, BUFFER_MAX, "%d", io);
	write(fd, buffer, bytes_written);
	close(fd);
	return(0);
}
 
/* Function to define in or out for the io number */
static int GPIODirection(int io, char *dir)
{
	#define DIRECTION_MAX 35
	char path[DIRECTION_MAX];
	ssize_t bytes_written;
	int fd;
 
	snprintf(path, DIRECTION_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", io);
	fd = open(path, O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to open gpio direction for writing!\n");
		return(-1);
	}
	bytes_written = snprintf(path, DIRECTION_MAX, "%s", dir);
	if (-1 == write(fd, path, bytes_written)) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to set direction!\n");
		return(-1);
	}
 
	close(fd);
	return(0);
}
 
static int GPIORead(int io)
{
	#define VALUE_MAX 30
	char path[VALUE_MAX];
	char value_str[3];
	int fd;
 
	snprintf(path, VALUE_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", io);
	fd = open(path, O_RDONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to open gpio value for reading!\n");
		return(-1);
	}
 
	if (-1 == read(fd, value_str, 3)) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to read value!\n");
		return(-1);
	}
 
	close(fd);
 
	return(atoi(value_str));
}
 
static int GPIOWrite(int io, int value)
{
	static const char s_values_str[] = "01";
 
	char path[VALUE_MAX];
	char value_str[3];
	ssize_t bytes_written;
	int fd;
 
	snprintf(path, VALUE_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", io);
	fd = open(path, O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to open gpio value for writing!\n");
		return(-1);
	}
 
	bytes_written = snprintf(value_str, 3, "%d", value);
	if (1 != write(fd, value_str, bytes_written)) {
		fprintf(stderr, "allume_LED_sysfs : Failed to write value!\n");
		return(-1);
	}
 
	close(fd);
	return(0);
}
 
int main(int argc, char *argv[])
{
	int repeat = 60; //number of seconds to run = repeat / 2
	int i;
	int LD[8];
 
    printf("Hello switches and LEDs !\n");
	/*
	 * Enable GPIO pins
	 */
    for (i=0 ; i<8 ; i++) {
    	if ((-1 == GPIOExport((int)LDbase + i)) ||  (-1 == GPIOExport((int)SWbase + i)) )
    			return(1);
    }
 
	/*
	 * Set GPIO directions
	 */
    for (i=0 ; i<8 ; i++) {
    	if (-1 == GPIODirection((int)LDbase + i, LD_dir) || -1 == GPIODirection((int)SWbase + i, SW_dir))
    		return(2);
    }
 
    /*
     * Set LEDs to off
     */
    for (i=0 ; i<8 ; i++) {
        	LD[i]=0;
        	if (-1 == GPIOWrite((int)LDbase+i, LD[i]))
        		return(3);
        }
 
	do {
 
		/*
		 * Read switches values and write to LEDs values
		 */
		for (i=0 ; i<8 ; i++) {
 
			if (GPIORead(SWbase+i)==1){
				LD[i]=!LD[i];
			}
			else {
				LD[i]=0;
			}
 
			if (-1 == GPIOWrite((int)LDbase + i, LD[i]))
				return(3);
		}
 
 
		usleep(500 * 1000);
	}
	while (repeat--);
 
	/*
	 * Disable GPIO pins
	 */
	for (i=0 ; i<8 ; i++) {
	    	if ((-1 == GPIOUnexport((int)LDbase + i)) ||  (-1 == GPIOUnexport((int)SWbase + i)) )
	    			return(4);
	    }
 
	return(0);
}

Pour compiler le programme sur le PC de développement, et après avoir “sourcé” la chaine de développement PetaLinux, on peut utiliser le compilateur arm-xilinx-linux-gnueabi-gcc :

$ arm-xilinx-linux-gnueabi-gcc -o allume_LED_sysfs allume_LED_sysfs.c 

On peut utiliser un transfert de fichiers par tftp si le serveur a été configuré et que la ZedBoard a été correctement installée sur le réseau. Pour cela, on va placer le fichier compilé dans le répertoire /tfptpboot/ , puis changer ses droits.

$ cp allume_LED_sysfs /tftpboot/
$ chmod 777 /tftpboot/allume_LED_sysfs 

Sur la console série reliée à la Zedboard, on télécharge le fichier, le rend exécutable et l'exécute :

root@Petalinux_LEDs:/tftpboot# tftp -l allume_LED_sysfs -r allume_LED_sysfs -g XXX.XXX.XXX.XXX  
root@Petalinux_LEDs:/tftpboot# chmod +x allume_LED_sysfs
root@Petalinux_LEDs:/tftpboot# ./allume_LED_sysfs
Hello switches and LEDs !                                                       
Goodbye switches and LEDs ! 

En manipulant les interrupteurs, les DELs clignotent !