重要提示：sysfs GPIO 接口自 Linux 4.8 起已被标记为已弃用，并在 Linux 5.3 之后开始逐步移除。

基本原理

sysfs 是一个虚拟文件系统，它将内核中的设备、驱动等信息映射到用户空间，以文件和目录的形式呈现。

对于 GPIO，其控制接口位于 /sys/class/gpio/。

将 gpio 写入 /sys/class/gpio/export ，就可将此 gpio 从内核空间导出到用户空间。例如：

1	echo 12 > /sys/class/gpio/export

导出后，在 /sys/class/gpio/ 目录下就会生成一个 gpio12 目录。其目录结构如下：

gpio12
├── active_low
├── device -> ../../../gpiochip0
├── direction
├── edge
├── power
│ ├── autosuspend_delay_ms
│ ├── control
│ ├── runtime_active_time
│ ├── runtime_status
│ └── runtime_suspended_time
├── subsystem -> ../../../../../../../class/gpio
├── uevent
└── value

GPIO Sysfs 接口文件功能详解：

value (最重要的文件)

功能：读取或设置GPIO引脚的电平状态。

读取 (cat value)：

返回引脚的当前电平状态。

0：代表低电平。

1：代表高电平。

写入 (echo 1 > value 或 echo 0 > value)：

当引脚被设置为输出模式时，向此文件写入可以控制引脚输出高电平或低电平。

注意：在写入之前，必须先将 direction 设置为 out。

direction

功能：设置GPIO引脚的方向（输入或输出）。

读取 (cat direction)：

返回引脚当前的方向，通常是 in 或 out。

写入：

echo in > direction：将引脚设置为输入模式。

echo out > direction：将引脚设置为输出模式。

注意：出于安全考虑，将方向从 in 改为 out 时，引脚的初始输出电平是未定义的。有些系统允许使用 echo low > direction 或 echo high > direction 来同时设置方向为输出并指定初始输出电平（low为低，high为高）。

edge

功能：设置引脚的中断触发模式。这个文件仅当引脚设置为输入模式时有效。

读取 (cat edge)：返回当前设置的中断触发模式。

写入：

echo none > edge： 默认值。禁止中断触发。表示忽略该引脚上的边沿变化。

echo rising > edge：设置为上升沿触发。当引脚电平从低变高时，会产生中断事件。

echo falling > edge：设置为下降沿触发。当引脚电平从高变低时，会产生中断事件。

echo both > edge：设置为双边沿触发。只要引脚电平发生变化（无论是上升还是下降），都会产生中断事件。

active_low

功能：反转引脚的逻辑电平。这是一个非常有用的功能，用于处理低电平有效的设备（例如，低电平触发的LED或按键）。

读取 (cat active_low)：

0：默认值。正常逻辑。value 文件中的 0 代表低电平，1 代表高电平。

1：反转逻辑。value 文件中的 0 现在代表高电平，1 代表低电平。

写入：

echo 0 > active_low：使用正常逻辑。

echo 1 > active_low：使用反转逻辑。

device

功能：一个符号链接（Symbolic Link），指向这个GPIO引脚所属于的硬件设备（通常是GPIO控制器芯片）在 /sys/devices/ 目录下的路径。

作用：主要用于在sysfs文件系统中维护设备之间的层次关系，对于普通用户控制GPIO来说，一般不需要关心这个文件。

subsystem

功能：一个符号链接，指向包含它的子系统目录，即 /sys/class/gpio。

作用：同样用于维护sysfs的内部结构，表明这个 gpio12 目录属于 gpio 子系统。用户通常无需操作。

uevent

功能：内核事件接口。主要用于通知设备管理器（如udev）关于设备的热插拔事件。

作用：当你向这个文件写入 add，它会强制内核发送一个“新增设备”的事件，通知用户空间的设备管理工具。对于GPIO，这个文件通常由系统自动管理，用户一般不需要手动操作。

power

功能：电源管理相关目录。它包含一些与设备电源状态管理相关的接口文件，如 async, runtime_status, control 等。

作用：用于高级的电源管理功能，例如挂起或恢复设备以节省功耗。对于简单的GPIO操作，完全可以忽略这个目录及其内容。

控制步骤

要控制一个GPIO，通常遵循以下步骤：

导出引脚： echo 12 > /sys/class/gpio/export

设置方向：

输出： echo out > /sys/class/gpio/gpio12/direction

输入： echo in > /sys/class/gpio/gpio12/direction

操作引脚：

如果是输出：

设置高电平： echo 1 > /sys/class/gpio/gpio12/value

设置低电平： echo 0 > /sys/class/gpio/gpio12/value

如果是输入：

读取电平： cat /sys/class/gpio/gpio12/value

（可选）如果需要中断通知，设置中断模式： echo rising > /sys/class/gpio/gpio12/edge

（完成后）取消导出： echo 12 > /sys/class/gpio/unexport （这会移除 gpio12 目录）

GPIO 输出

操作步骤

导出 GPIO

将 GPIO 控制从内核空间导出到用户空间

1	echo 12 > /sys/class/gpio/export

设置成输出模式

1	echo out > /sys/class/gpio/gpio12/direction

设置高低电平

1 2	echo 1 > /sys/class/gpio/gpio12/value echo 0 > /sys/class/gpio/gpio12/value

shell 编程示例

#!/bin/bash
if [ ! -e /sys/class/gpio/gpio12 ]; then
    echo 12 > /sys/class/gpio/export  
fi

echo out > /sys/class/gpio/gpio12/direction

if [ "$1" == "1" ]; then
    echo 1 > /sys/class/gpio/gpio12/value
elif [ "$1" == "0" ]; then
    echo 0 > /sys/class/gpio/gpio12/value
fi

C 系统编程示例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>     // access, close, write
#include <fcntl.h>      // open
#include <string.h>     // strcmp

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret, fd;

    if (argc != 2)
    {
        printf("%s 0/1\n", argv[0]);
        return -1;
    }

    ret = access("/sys/class/gpio/gpio12", F_OK);   // 判断文件是否存在
    if (0 != ret)
    {
        fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
        write(fd, "12", 2);
        close(fd);
    }

    fd = open("/sys/class/gpio/gpio12/direction", O_WRONLY);
    write(fd, "out", 3);
    close(fd);

    
    if (0 == strcmp(argv[1], "0"))
    {
        fd = open("/sys/class/gpio/gpio12/value", O_WRONLY);
        write(fd, "0", 1);
        close(fd);
    }
    else
    {
        fd = open("/sys/class/gpio/gpio12/value", O_WRONLY);
        write(fd, "1", 1);
        close(fd);
    }

    return 0;
}

GPIO 输入

操作步骤

导出 GPIO

将 GPIO 控制从内核空间导出到用户空间

1	echo 12 > /sys/class/gpio/export

设置成输入模式

1	echo in > /sys/class/gpio/gpio12/direction

读取电平

1	cat /sys/class/gpio/gpio12/value

C 系统编程示例

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>     // access, close, write, read
#include <fcntl.h>      // open

int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret, fd;
    char buf[8] = {};

    ret = access("/sys/class/gpio/gpio13", F_OK);   // 判断文件是否存在
    if (0 != ret)
    {
        fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
        write(fd, "13", 2);
        close(fd);
    }

    fd = open("/sys/class/gpio/gpio13/direction", O_WRONLY);
    write(fd, "in", 2);
    close(fd);

    fd = open("/sys/class/gpio/gpio13/value", O_RDONLY);
    read(fd, buf, 1);
    close(fd);
    printf("gpio13 val=%s\n", buf);

    return 0;
}

GPIO 中断

实现步骤

导出 GPIO

首先需要导出要使用的 GPIO 引脚：

1 2	# 以 GPIO 13 为例 echo 13 > /sys/class/gpio/export

设置方向为输入

1	echo "in" > /sys/class/gpio/gpio13/direction

设置边沿触发模式

这是关键步骤，设置中断触发方式：

# 设置为下降沿触发（从高到低电平变化）
echo "falling" > /sys/class/gpio/gpio13/edge

# 其他可选值：
# "none"    - 无中断
# "rising"  - 上升沿触发
# "falling" - 下降沿触发  
# "both"    - 双边沿触发

使用 poll 监测中断

poll 函数

函数原型和头文件

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#include <poll.h>

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

参数详解

struct pollfd *fds

指向 pollfd 结构体数组的指针，每个结构体描述一个要监视的文件描述符。

struct pollfd {
    int   fd;         /* 文件描述符 */
    short events;     /* 请求的事件 */
    short revents;    /* 返回的事件 */
};

nfds_t nfds

fds 数组中的元素数量。

int timeout

等待的超时时间（毫秒）：

-1：无限期阻塞，直到有事件发生
0：立即返回，不阻塞（轮询）
> 0：等待指定的毫秒数

返回值

> 0：返回就绪的文件描述符数量
= 0：超时，没有文件描述符就绪
-1：发生错误，并设置 errno

events 和 revents 标志

常用事件标志：

标志	描述	用途
`POLLIN`	有数据可读	普通文件、socket、管道
`POLLPRI`	有紧急数据可读	带外数据、GPIO中断
`POLLOUT`	可写，不会阻塞	普通文件、socket
`POLLERR`	发生错误	自动设置，无需请求
`POLLHUP`	挂起	对端关闭连接
`POLLNVAL`	文件描述符未打开	自动设置

C 编程

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>

#define GPIO_PIN "13"
#define SYSFS_GPIO_DIR "/sys/class/gpio"
#define MAX_BUF 64

volatile sig_atomic_t stop = 0;

void signal_handler(int sig) {
    stop = 1;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int fd, ret;
    struct pollfd pfd;
    char buf[MAX_BUF];
    int gpio_fd;
    
    // 注册信号处理，用于优雅退出
    signal(SIGINT, signal_handler);
    signal(SIGTERM, signal_handler);

    // 导出 GPIO
    fd = open(SYSFS_GPIO_DIR "/export", O_WRONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("GPIO export open failed");
        // 可能已经导出，继续尝试
    } else {
        write(fd, GPIO_PIN, strlen(GPIO_PIN));
        close(fd);
    }

    // 设置方向为输入
    snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%s/direction", GPIO_PIN);
    fd = open(buf, O_WRONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("GPIO direction open failed");
        return 1;
    }
    write(fd, "in", 2);
    close(fd);

    // 设置边沿触发为下降沿
    snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%s/edge", GPIO_PIN);
    fd = open(buf, O_WRONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("GPIO edge open failed");
        return 1;
    }
    write(fd, "falling", 7);
    close(fd);

    // 打开 value 文件用于 poll
    snprintf(buf, sizeof(buf), SYSFS_GPIO_DIR "/gpio%s/value", GPIO_PIN);
    gpio_fd = open(buf, O_RDONLY);
    if (gpio_fd == -1) {
        perror("GPIO value open failed");
        return 1;
    }

    // 第一次读取，清除可能存在的旧状态
    read(gpio_fd, buf, MAX_BUF);
    lseek(gpio_fd, 0, SEEK_SET);

    printf("开始监测 GPIO %s 的下拉事件...\n", GPIO_PIN);
    printf("按 Ctrl+C 退出\n");

    // 配置 poll
    pfd.fd = gpio_fd;
    pfd.events = POLLPRI | POLLERR;

    while (!stop) {
        ret = poll(&pfd, 1, -1); // 无限期等待
        
        if (ret < 0) {
            if (errno == EINTR) continue; // 被信号中断
            perror("poll failed");
            break;
        }

        if (pfd.revents & POLLPRI) {
            // GPIO 状态变化，读取当前值
            lseek(gpio_fd, 0, SEEK_SET);
            read(gpio_fd, buf, MAX_BUF);
            
            int value = atoi(buf);
            printf("检测到下拉事件! GPIO 当前值: %d\n", value);
            
            // 如果是下拉，值应该为 0
            if (value == 0) {
                printf("✅ 确认下拉: GPIO 被拉低\n");
            } else {
                printf("⚠️  异常: 触发但值不为0\n");
            }
        }
    }

    // 清理
    close(gpio_fd);
    
    // 取消导出 GPIO
    fd = open(SYSFS_GPIO_DIR "/unexport", O_WRONLY);
    if (fd != -1) {
        write(fd, GPIO_PIN, strlen(GPIO_PIN));
        close(fd);
    }

    printf("程序退出\n");
    return 0;
}