什么是/ sys / class / gpio / export和`/ sys / class / gpio / unexport机制？底层sysfs功能是什么？

问题描述

在Android和Linux下使用旧版sysfs GPIO，该过程的第一步是export要使用的特定GPIO引脚。然后，用GPIO引脚完成unexport。

我一直在寻找export命令实际作用的解释，但是我发现的所有内容都与内置的bash命令有关，而该命令与GPIO无关。

然后我意识到从命令行实际的命令是echo 938 > /sys/class/gpio/export，而/sys/class/gpio/export是文件夹/sys/class/gpio中的特殊设备文件。

我发现的唯一注释表明，将GPIO引脚号写入/sys/class/gpio/export会导致与该GPIO引脚关联的GPIO特殊文件“导出到用户空间”，然后允许用户应用程序使用指定的GPIO引脚以及到特殊设备文件的文件I / O。

“导出” ...

用户空间可能要求内核将GPIO的控制输出到用户空间通过将其编号写入此文件。

示例：“ echo 19> export”将为GPIO＃19创建一个“ gpio19”节点，如果内核代码没有要求。

“取消导出” ...

取消导出到用户空间的效果。

示例：“ echo 19> unexport”将删除导出的“ gpio19”节点使用“导出”文件。

因此，如果我指定echo 938 > /sys/class/gpio/export，则会创建一个包含特殊设备文件/sys/class/gpio/gpio938和/sys/class/gpio/gpio938/value的特殊设备文件文件夹/sys/class/gpio/gpio938/direction。当我执行echo 938 > /sys/class/gpio/unexport时，那些特殊的设备文件会被删除吗？

在研究在Android 5.1下将GPIO引脚与DragonBoard 410C结合使用的过程中，我讲了关于此设备的在线课程，我说是在启动初始化脚本中添加以下几行。

set -A pins 938 915 1017 926 937 930 914 971 901 936 935
for i in 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
do
    echo ${pins[i]} > /sys/class/gpio/export;
    chmod 777 /sys/class/gpio/gpio${pins[i]};
    chmod 777 /sys/class/gpio/gpio${pins[i]}/value;
    chmod 777 /sys/class/gpio/gpio${pins[i]}/direction;
done

我的理解是，这些命令为GPIO引脚938、915、1017、926、937、914、901、936、935创建特殊的设备文件，以便应用程序可以对这些GPIO引脚进行读写，以执行类似的操作例如通过将值写入/sys/class/gpio/gpio938/value来打开和关闭LED。

我对这个引导初始化脚本的理解是，这消除了用户在运行要访问的应用程序之前需要在每个shell命令行中使用sudo命令以由用户执行这些命令的需要。使用sysfs的GPIO引脚。是真的吗？

我的问题

这些特殊设备文件/sys/class/gpio/export和/sys/class/gpio/unexport是什么，它们如何连接到Linux内核中的某种功能，该功能在/sys/class/gpio文件夹中创建和销毁特殊设备文件？

通过对引导初始化脚本的建议更改，可以创建特殊的设备文件，这些文件代表可以由任何人访问的GPIO引脚，因此应用程序可以只使用这些引脚，而不必担心export或unexport ？用户应用程序可以只对特殊设备执行读/写操作，而不必先使用sudo echo 938 > /sys/class/gpio/export？

由启动初始化脚本创建的这些特殊文件的访问和共享权限是什么，并且多个应用程序可以同时操纵相同的GPIO引脚吗？

解决方法

/sys/class/gpio中的伪文件是内核接口中函数调用的较薄包装。内核文档[1]中有一条有关导入/导出功能用途的线索：

内核驱动程序请求GPIO后，可能仅使其可用在sysfs界面中通过gpiod_export（）。驾驶员可以控制信号方向是否可能改变。这有助于驾驶员预防意外破坏重要系统状态的用户空间代码。

这种显式导出可以帮助调试（通过进行某些类型的调试）实验更容易），或者可以提供始终存在的界面适合作为董事会支持包的一部分进行记录。

因此，从本质上讲，存在此功能是为了防止用户空间应用程序粗心践踏I / O设备的状态。我不知道它在实践中有多有用。

[1] https://www.kernel.org/doc/html/latest/admin-guide/gpio/sysfs.html

注意：从4.8版的Linux内核（https://www.kernel.org/doc/Documentation/gpio/sysfs.txt）开始，不赞成通过此旧版sysfs接口访问GPIO。它将在2020年从内核中删除。使用GPIO的新方法是通过“基于描述符”的字符设备ABI（应用程序二进制接口）。您应该对Libgpiod（图书馆通用输入/输出设备）进行研究，并从https://git.kernel.org/pub/scm/libs/libgpiod/libgpiod.git/about/

开始 ,

Linux文件系统中有几种目录结构，它们不是实际的磁盘文件目录。相反，这些目录结构及其中的“文件”是伪文件或Linux操作系统服务，以及表示为文件的数据，可以使用文件操作进行访问，但不是存储在诸如硬盘或固态硬盘之类的持久性存储中的实际文件。状态磁盘。

A Study of Modern Linux API Usage and Compatibility: What to Support When You’re Supporting

除了主系统调用表外，Linux还导出许多通过伪文件系统（例如/ proc，/ dev和 / sys。这些称为伪文件系统，因为它们不支持通过磁盘，而是将内核数据结构的内容导出到应用程序或管理员，就好像它们存储在文件中一样。这些伪文件系统是导出调整的便利位置参数，统计信息以及其他特定于子系统的设备特定的API。尽管许多伪文件用于命令行或管理员脚本中的一些，通常是由应用程序使用。为了充分了解 Linux内核，还必须考虑伪文件。

伪文件的比喻

从用户角度考虑这些伪文件的一种方法是，它们是Linux内核的一种Remote Procedure Call接口，该接口使用文件系统语义来请求执行某些操作。文件系统语义映射到以下常规操作和行为：

打开伪文件意味着打开用户应用程序与Linux内核中的某些功能之间的连接
读取伪文件表示通过连接读取Linux内核中某些功能提供的数据块
写入伪文件意味着通过连接将请求消息发送到Linux内核中的某些功能（消息可以是带有数据的命令，仅命令或仅数据）
关闭伪文件意味着关闭用户应用程序与Linux内核中某些功能之间的连接

不同的伪文件公开了不同的Linux内核数据和服务，这意味着有关文件操作如何映射到通过伪文件公开的Linux内核功能的接口规范将不仅取决于Linux内核功能或处理器的处理程序，而且会有所不同。伪文件，还有Linux内核版本。

此StackOverFlow帖子Create sysfs entry from kernel module在/sys中包含一个伪文件处理程序的简单示例，显示了提供Linux内核为新伪文件钩住处理程序所需的功能接口的基本知识文件放入Linux内核。

此StackOverFlow帖子How to create proc entry under /proc/driver?包含/proc中伪文件处理程序的简单示例。

这两个简单示例均具有与源代码相似的结构。但是，这些特定示例可能正在使用不赞成使用的Linux内核接口，因此我提供这些链接只是为了说明伪文件处理程序的基础功能。

导出和取消导出

通常，运行Linux的基础硬件的GPIO引脚不暴露给用户应用程序。 Linux内核使用设备驱动程序使用这些引脚与设备进行交互。

export的目的是将选定的GPIO引脚作为伪文件暴露给用户空间，从而允许用户应用程序与某些硬件执行自己的交互。并非所有可用的或可能的GPIO引脚都可以暴露。使用export可以暴露哪些引脚，将取决于在Linux内核中插入了哪些/sys处理程序以及这些处理程序允许的操作。

实际上暴露哪些伪文件以及如何使用这些伪文件将取决于GPIO引脚的功能，例如数字引脚与模拟引脚与支持PWM或具有上拉或下拉电阻的引脚。公开哪些文件还取决于/sys/class/gpio/的处理程序提供的功能。 GPIO引脚可能具有可以使用的上拉或下拉电阻，但处理程序可能未提供用于对其进行操作的接口。

对export伪文件的请求将创建一个代表所请求GPIO引脚的伪文件目录。这是通过将请求写入export伪文件来完成的，该消息中包含一条消息，其中包含export命令需要的数据，以便正确识别所请求的GPIO引脚。然后，此消息由Linux内核中的GPIO export sysfs处理程序处理，以创建代表GPIO引脚的伪文件文件夹以及为用户指定GPIO提供用户应用程序和sysfs处理程序之间接口的伪文件。销。该处理程序提供物理GPIO引脚和引脚设备驱动程序与伪文件表示或接口之间的层。

unexport伪文件删除了GPIO引脚伪文件，因此不再与用户应用程序中的GPIO引脚进行交互。

有关PWM sysfs支持的说明：正如通过sysfs接口和/sys支持GPIO引脚一样，也支持PWM引脚。根文件夹为/sys/class/pwm，其功能在体系结构上与GPIO引脚相似。有一种类似的export和unexport功能可以使PWM引脚可用，并且通过对与代表PWM引脚的伪文件夹相关联的一组文件进行标准文件操作来使用导出的PWM伪文件。请参阅Using PMIC PWM on Dragonboard410c，其中介绍了“ PWM通过MPP_4引脚（即低速扩展连接器上的引脚28）暴露出来”的基本知识。

启动脚本更改

引导脚本更改使用/sys/class/gpio/export创建请求的GPIO伪文件。但是，创建的伪文件具有一组在创建伪文件时设置的默认访问权限。由于创建是在具有root特权的初始化过程中进行的，因此chmod命令用于允许任何用户应用程序与创建的伪文件进行交互，而不仅仅是创建它们的用户root。

由于export是在引导和初始化期间完成的，目的是创建GPIO引脚伪文件，该文件将在设备加电时保持在原位，并在设备处于打开状态时一直保持在原位在使用中。

DragonBoard 410C的低功率连接器上的每个GPIO引脚均由几个伪文件表示，value用于传达引脚的值（高低）和{{1} }，用于传达引脚的方向（无论是输入引脚还是输出引脚）。因此，我们需要对希望用户应用程序访问的每个伪文件执行direction，包括这些伪文件所在的伪文件文件夹，例如，chmod包含{{1} }和/sys/class/gpio/gpio938。

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