{"id":3129,"date":"2012-11-26T08:00:37","date_gmt":"2012-11-26T07:00:37","guid":{"rendered":"http:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/?p=3129"},"modified":"2013-01-07T11:34:45","modified_gmt":"2013-01-07T10:34:45","slug":"les-gpio-du-raspberry-pi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/2012\/11\/26\/les-gpio-du-raspberry-pi\/","title":{"rendered":"Les GPIO du Raspberry Pi"},"content":{"rendered":"

\"GPIO<\/a>Le Raspberry Pi offre quelques possibilit\u00e9s d’entr\u00e9es-sorties directes en utilisant les broches GPIO pr\u00e9sentes sur son connecteur P1. Elles ne sont pas tr\u00e8s nombreuses (une dizaine) mais cela peut suffire pour des petits projets interactifs n\u00e9cessitant d’interroger des capteurs tout-ou-rien ou de valider des actionneurs.<\/p>\n

Nous pouvons utiliser ces GPIO de diff\u00e9rentes fa\u00e7ons, depuis l’espace utilisateur ou depuis le noyau. Voyons-en rapidement les principaux aspects…
\n\n<\/p>\n

Les broches GPIO<\/h1>\n

Sur le connecteur P1 du Raspberry Pi<\/a>, nous pouvons trouver plusieurs broches consacr\u00e9es aux entr\u00e9es-sorties GPIO. Celles-ci peuvent \u00eatre configur\u00e9es individuellement en entr\u00e9es ou en sorties num\u00e9riques. Attention, la tension appliqu\u00e9e sur une borne d’entr\u00e9e doit rester inf\u00e9rieure \u00e0 3.3 V.<\/p>\n

Les GPIO directement accessibles sont les suivantes.<\/p>\n

\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Broche<\/strong><\/td>\nGPIO<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
3<\/td>\n0 (rev.1) ou 2 (rev.2)<\/td>\n<\/tr>\n
5<\/td>\n1 (rev.1) ou 3 (rev.2)<\/td>\n<\/tr>\n
7<\/td>\n4<\/td>\n<\/tr>\n
11<\/td>\n17<\/td>\n<\/tr>\n
12<\/td>\n18<\/td>\n<\/tr>\n
13<\/td>\n21 (rev.1) ou 27 (rev.2)<\/td>\n<\/tr>\n
15<\/td>\n22<\/td>\n<\/tr>\n
16<\/td>\n23<\/td>\n<\/tr>\n
18<\/td>\n24<\/td>\n<\/tr>\n
22<\/td>\n25<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/div>\n

 <\/p>\n

On peut remarquer que certaines broches (3, 5 et 13) ont chang\u00e9 d’affectations au gr\u00e9 des versions du Raspberry Pi, aussi \u00e9vitera-t-on de les employer pour garder un maximum de portabilit\u00e9 aux applications.<\/p>\n

Acc\u00e8s depuis l’espace utilisateur<\/h1>\n

L’acc\u00e8s simple, depuis le shell – ou tout autre programme de l’espace utilisateur – peut se faire tr\u00e8s ais\u00e9ment gr\u00e2ce au syst\u00e8me de fichiers \/sys<\/code>.<\/p>\n

\/ # cd \/sys\/class\/gpio\/<\/strong>\n\/sys\/class\/gpio # ls<\/strong>\nexport     gpiochip0  unexport<\/pre>\n
Demandons l’acc\u00e8s au GPIO 24 (broche 18).<\/p>\n
\/sys\/class\/gpio # echo 24 > export <\/strong>\n\/sys\/class\/gpio # ls<\/strong>\nexport     gpio24     gpiochip0  unexport\n\/sys\/class\/gpio # cd gpio24\/<\/strong>\n\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio24 # ls<\/strong>\nactive_low  direction   edge        subsystem   uevent      value\n\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio24 # cat direction<\/strong>\nin<\/pre>\n
Sortie de signal<\/h2>\n
Par d\u00e9faut, les broches GPIO sont dirig\u00e9es en entr\u00e9e. Inversons le sens du 24, puis regardons sa valeur.<\/p>\n
\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio24 # echo out > direction <\/strong>\n\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio24 # cat value<\/strong>\n0<\/pre>\n
Effectivement, le voltm\u00e8tre confirme qu’il n’y a pas de tension sur la broche.<\/p>\n
\"GPIO<\/a><\/p>\n
Modifions l’\u00e9tat de la sortie<\/p>\n
\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio24 # echo 1 > value<\/strong><\/pre>\n
V\u00e9rifions la tension.<\/p>\n
\"GPIO<\/a><\/p>\n
Re-basculons la sortie \u00e0 z\u00e9ro.<\/p>\n
\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio24 # echo 0 > value<\/strong>\n\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio24 #<\/pre>\n
\"GPIO<\/a><\/p>\n
 <\/p>\n
Lecture d’\u00e9tat<\/h2>\n
Demandons \u00e0 pr\u00e9sent l’acc\u00e8s \u00e0 la broche 16 (Gpio 23)<\/p>\n
# cd \/sys\/class\/gpio\/<\/strong>\n\/sys\/class\/gpio # echo 23 > export <\/strong>\n\/sys\/class\/gpio # ls<\/strong>\nexport     gpio23     gpio24     gpiochip0  unexport\n\/sys\/class\/gpio # cd gpio23\/<\/strong>\n\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio23 # cat direction<\/strong>\nin<\/pre>\n
Je relie la broche 16 \u00e0 la broche 20 (GND<\/em>), puis je lis la valeur d’entr\u00e9e.<\/p>\n
\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio23 # cat value<\/strong>\n0<\/pre>\n
Je relie \u00e0 pr\u00e9sent la broche 16 \u00e0 la broche 17 (+3.3V<\/em>)<\/p>\n
\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio23 # cat value<\/strong> \n1<\/pre>\n
Retour \u00e0 nouveau sur la broche 20 (GND<\/em>).<\/p>\n
\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio23 # cat value <\/strong>\n0\n\/sys\/devices\/virtual\/gpio\/gpio23 #<\/pre>\n
Acc\u00e8s depuis le kernel<\/h1>\n
Lectures et \u00e9critures<\/h2>\n
Nous pouvons \u00e9crire un petit module pour acc\u00e9der en lecture et \u00e9criture aux m\u00eames broches. Dans le module ci-dessous un timer \u00e0 8Hz fait clignoter la sortie sur la broche 18 seulement si la broche 16 est mise \u00e0 1 (+3.3V).<\/p>\n
rpi-gpio-1.c<\/strong><\/a>\n#include <linux\/module.h>\n#include <linux\/timer.h>\n#include <linux\/gpio.h>\n#include <linux\/fs.h>\n\n\/\/ Sortie sur broche 18 (GPIO 24)\n#define RPI_GPIO_OUT 24\n\n\/\/ Entree sur broche 16 (GPIO 23)\n#define RPI_GPIO_IN  23\n\nstatic struct timer_list rpi_gpio_1_timer;\n\nstatic void rpi_gpio_1_function (unsigned long unused)\n{\n  static int value = 1;\n  value = 1 - value;\n  if (gpio_get_value(RPI_GPIO_IN)<\/strong> == 0)\n    value = 0;\n  gpio_set_value(RPI_GPIO_OUT, value)<\/strong>;\n  mod_timer(& rpi_gpio_1_timer, jiffies+ (HZ >> 3));\n}\n\nstatic int __init rpi_gpio_1_init (void)\n{\n  int err;\n\n  if ((err = gpio_request(RPI_GPIO_IN,THIS_MODULE->name)<\/strong>) != 0)\n    return err;\n  if ((err = gpio_request(RPI_GPIO_OUT,THIS_MODULE->name)<\/strong>) != 0) {\n    gpio_free(RPI_GPIO_IN);\n    return err;\n  }\n  if ((err = gpio_direction_input(RPI_GPIO_IN)<\/strong>) != 0) {\n    gpio_free(RPI_GPIO_OUT);\n    gpio_free(RPI_GPIO_IN);\n    return err;\n  }\n  if ((err = gpio_direction_output(RPI_GPIO_OUT,1)<\/strong>) != 0) {\n    gpio_free(RPI_GPIO_OUT);\n    gpio_free(RPI_GPIO_IN);\n    return err;\n  }\n\n  init_timer(& rpi_gpio_1_timer);\n  rpi_gpio_1_timer.function = rpi_gpio_1_function;\n  rpi_gpio_1_timer.data = 0; \/\/ non utilise\n  rpi_gpio_1_timer.expires = jiffies + (HZ >> 3);\n  add_timer(& rpi_gpio_1_timer)<\/strong>;\n\n  return 0; \n}\n\nstatic void __exit rpi_gpio_1_exit (void)\n{\n  del_timer(& rpi_gpio_1_timer)<\/strong>;\n  gpio_free(RPI_GPIO_OUT)<\/strong>;\n  gpio_free(RPI_GPIO_IN)<\/strong>;\n}\n\nmodule_init(rpi_gpio_1_init);\nmodule_exit(rpi_gpio_1_exit);\nMODULE_LICENSE(\"GPL\");<\/pre>\n
La compilation se fait avec le fichier Makefile<\/code> suivant. Les lignes KERNEL_DIR<\/code> et CROSS_COMPILE<\/code> indiquent respectivement l’emplacement du r\u00e9pertoire de compilation du noyau pour le Raspberry Pi et le pr\u00e9fixe pour la toolchain sur mon syst\u00e8me. Il faut les adapter \u00e0 votre environnement.<\/p>\n
 <\/p>\n
Makefile<\/strong><\/a>\nifneq (${KERNELRELEASE},)\n\n  obj-m += rpi-gpio-1.o\n\nelse\n  ARCH          ?= arm\n  KERNEL_DIR ?= ~\/linux-3.2.27<\/strong>\n  CROSS_COMPILE ?= \/usr\/local\/cross\/rpi\/bin\/arm-linux-<\/strong>\n  MODULE_DIR    := $(shell pwd)\n  CFLAGS        := -Wall\n\nall: modules\n\nmodules:\n  ${MAKE} -C ${KERNEL_DIR} ARCH=${ARCH} CROSS_COMPILE=${CROSS_COMPILE} SUBDIRS=${MODULE_DIR} modules\n\nclean:\n  rm -f  *.o  .*.o  .*.o.* *.ko  .*.ko  *.mod.* .*.mod.* .*.cmd\n  rm -f Module.symvers Module.markers modules.order\n  rm -rf .tmp_versions\nendif<\/pre>\n
Apr\u00e8s compilation et transfert sur le Raspberry Pi, nous chargeons le module et observons \u00e0 l’aide d’un analyseur logique les deux broches 16 (canal 2) et 18 (canal 1), tandis qu’un signal de +3.3V est envoy\u00e9 sur la broche 16.<\/p>\n
\"Raspberry<\/a><\/p>\n
Durant la p\u00e9riode (mise en \u00e9vidence par un trait rouge) o\u00f9 la broche 16 se voit appliquer une tension de +3.3V, nous voyons bien une oscillation de la sortie sur la broche 18.<\/p>\n
Interruptions<\/h2>\n
\u00c0 pr\u00e9sent nous allons traiter les interruptions d\u00e9clench\u00e9es par une entr\u00e9e GPIO. Le module ci-dessous installe un handler d’interruption pour le GPIO 23 (broche 16). \u00c0 chaque d\u00e9clenchement de l’interruption, notre handler basculera l’\u00e9tat de la broche de sortie 18 (GPIO 24).<\/p>\n
rpi-gpio-2.c<\/strong><\/a>\n#include <linux\/interrupt.h>\n#include <linux\/module.h>\n#include <linux\/gpio.h>\n\n\/\/ Sortie sur broche 18 (GPIO 24)\n#define RPI_GPIO_OUT 24\n\n\/\/ Entree sur broche 16 (GPIO 23)\n#define RPI_GPIO_IN  23\n\nstatic irqreturn_t rpi_gpio_2_handler(int irq, void * ident)\n{\n  static int value = 1;\n\n  gpio_set_value(RPI_GPIO_OUT, value);<\/strong>\n  value = 1 - value;\n\n  return IRQ_HANDLED;\n}\n\nstatic int __init rpi_gpio_2_init (void)\n{\n  int err;\n\n  if ((err = gpio_request(RPI_GPIO_OUT, THIS_MODULE->name)) != 0)\n    return err;\n\n  if ((err = gpio_request(RPI_GPIO_IN, THIS_MODULE->name)) != 0) {\n    gpio_free(RPI_GPIO_OUT);\n    return err;\n  }\n\n  if ((err = gpio_direction_output(RPI_GPIO_OUT,1)) != 0) {\n    gpio_free(RPI_GPIO_OUT);\n    gpio_free(RPI_GPIO_IN);\n    return err;\n  }\n\n  if ((err = gpio_direction_input(RPI_GPIO_IN)) != 0) {\n    gpio_free(RPI_GPIO_OUT);\n    gpio_free(RPI_GPIO_IN);\n    return err;\n  }\n\n  if ((err = request_irq(gpio_to_irq(RPI_GPIO_IN), rpi_gpio_2_handler, IRQF_SHARED | IRQF_TRIGGER_RISING, THIS_MODULE->name, THIS_MODULE->name)<\/strong>) != 0) {\n    gpio_free(RPI_GPIO_OUT);\n    gpio_free(RPI_GPIO_IN);\n    return err;\n  }\n\n  return 0; \n}\n\nstatic void __exit rpi_gpio_2_exit (void)\n{\n  free_irq(gpio_to_irq(RPI_GPIO_IN), THIS_MODULE->name);<\/strong>\n  gpio_free(RPI_GPIO_OUT);\n  gpio_free(RPI_GPIO_IN);\n}\n\nmodule_init(rpi_gpio_2_init);\nmodule_exit(rpi_gpio_2_exit);\nMODULE_LICENSE(\"GPL\");<\/pre>\n
Le second module ayant \u00e9t\u00e9 ajout\u00e9 dans le Makefile<\/code>, nous pouvons le compiler de la m\u00eame fa\u00e7on que le pr\u00e9c\u00e9dent. Transf\u00e9rons-le sur le Raspberry Pi, puis chargeons-le dans le kernel.<\/p>\n
\/ # cat \/proc\/interrupts<\/strong>\n           CPU0       \n  3:        362   ARMCTRL  BCM2708 Timer Tick\n 32:        419   ARMCTRL  dwc_otg, dwc_otg_pcd, dwc_otg_hcd:usb1\n 52:          0   ARMCTRL  BCM2708 GPIO catchall handler\n 65:         20   ARMCTRL  ARM Mailbox IRQ\n 66:          1   ARMCTRL  VCHIQ doorbell\n 77:        123   ARMCTRL  bcm2708_sdhci (dma)\n 83:         18   ARMCTRL  uart-pl011\n 84:        317   ARMCTRL  mmc0\nFIQ:              usb_fiq\nErr:          0\n\/ # insmod rpi-gpio-2.ko<\/strong>\n\/ # cat \/proc\/interrupts<\/strong>\n           CPU0       \n  3:        434   ARMCTRL  BCM2708 Timer Tick\n 32:        463   ARMCTRL  dwc_otg, dwc_otg_pcd, dwc_otg_hcd:usb1\n 52:          0   ARMCTRL  BCM2708 GPIO catchall handler\n 65:         28   ARMCTRL  ARM Mailbox IRQ\n 66:          1   ARMCTRL  VCHIQ doorbell\n 77:        124   ARMCTRL  bcm2708_sdhci (dma)\n 83:        119   ARMCTRL  uart-pl011\n 84:        326   ARMCTRL  mmc0\n193:          0      GPIO  rpi_gpio_2\nFIQ:              usb_fiq\nErr:          0\n\/ #<\/pre>\n
Nous voyons que la ligne d’interruption (num\u00e9ro 193) est apparue dans \/proc\/interrupts<\/code>. Pour l’instant aucune interruption ne s’est d\u00e9clench\u00e9e. Connectons sur cette entr\u00e9e un G\u00e9n\u00e9rateur-Basse-Fr\u00e9quence, qui lui envoie un signal carr\u00e9 [0, +3.3V] de 2.5kHz environ.<\/p>\n
Aussit\u00f4t un signal carr\u00e9 appara\u00eet sur la broche de sortie, avec une fr\u00e9quence moiti\u00e9 du pr\u00e9c\u00e9dent. Nous pouvons le v\u00e9rifier avec un oscilloscope.
\n\"Raspberry<\/a><\/p>\n
Nous pouvons \u00e9galement v\u00e9rifier dans \/proc\/interrupts<\/code> que le nombre d’interruptions 193 trait\u00e9es progresse r\u00e9guli\u00e8rement.<\/p>\n
\/ # cat \/proc\/interrupts <\/strong>\n           CPU0       \n  3:        646   ARMCTRL  BCM2708 Timer Tick\n 32:        617   ARMCTRL  dwc_otg, dwc_otg_pcd, dwc_otg_hcd:usb1\n 52:      29791   ARMCTRL  BCM2708 GPIO catchall handler\n 65:         60   ARMCTRL  ARM Mailbox IRQ\n 66:          1   ARMCTRL  VCHIQ doorbell\n 75:          1   ARMCTRL\n 77:        124   ARMCTRL  bcm2708_sdhci (dma)\n 83:        187   ARMCTRL  uart-pl011\n 84:        342   ARMCTRL  mmc0\n193:      29792      GPIO  rpi_gpio_2\nFIQ:              usb_fiq\nErr:          0\n\/ #<\/pre>\n
En zoomant sur le point de d\u00e9clenchement, nous mesurons la dur\u00e9e de prise en compte de l’interruption.<\/p>\n
\"Raspberry<\/a><\/p>\n
 <\/p>\n
La dur\u00e9e entre la mont\u00e9e du signal d’entr\u00e9e et la r\u00e9ponse du handler est d’environ 7 micro-secondes, ce qui est tout \u00e0 fait correct pour cette gamme de microprocesseur.<\/p>\n
Conclusion<\/h1>\n
L’acc\u00e8s aux GPIO du port d’extension du Raspberry Pi est tr\u00e8s simple, tant depuis l’espace utilisateur que depuis le noyau. Il existe d’autres broches permettant des entr\u00e9es-sorties GPIO, mais elles ont une autre fonctionnalit\u00e9 par d\u00e9faut (RS-232, SPI, etc.).<\/p>\n
Il serait \u00e9galement int\u00e9ressant d’acc\u00e9der aux GPIO depuis un driver RTDM pour Xenomai. Ceci fera l’objet d’un prochain article.<\/p>\n
Pour en savoir plus<\/h2>\n
Si vous souhaitez approfondir l’\u00e9criture de drivers pour Linux – notamment pour les GPIO du Raspberry Pi -, je vous propose de vous retrouver en session de formation \u00ab\u00a0\u00c9criture de drivers et programmation noyau Linux<\/a>\u00a0\u00bb chez Logilin.<\/p>\n
 <\/p>\n
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Le Raspberry Pi offre quelques possibilités d’entrées-sorties directes en utilisant les broches GPIO présentes sur son connecteur P1. Elles ne sont pas très nombreuses (une dizaine) mais cela peut suffire pour des petits projets interactifs nécessitant d’interroger des capteurs tout-ou-rien ou de valider des actionneurs. Nous pouvons utiliser ces GPIO de différentes façons, depuis l’espace […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[8,10,11],"tags":[],"class_list":["post-3129","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-linux-2","category-microprocesseur","category-raspberry-pi"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3129","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3129"}],"version-history":[{"count":55,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3129\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3314,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3129\/revisions\/3314"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3129"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3129"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blaess.fr\/christophe\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3129"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}