前言

在嵌入式 Linux 開發中，控制 GPIO 引腳 是再常見不過的需求。
無論是點亮一個 LED，還是檢測一個按鍵，都離不開對 GPIO 的操作。

本文帶你從最傳統的 /sys/class/gpio 接口入門，再到現代的 libgpiod 接口。
兩者對比之後，你將清楚地知道：

哪種方式適合快速調試？哪種方式適合正式產品開發？

🧩 一、什麼是 GPIO？

GPIO（General Purpose Input/Output）是“通用輸入輸出口”的縮寫。
它是一種最基礎的硬件接口，用來：

• 輸出高低電平（控制 LED、繼電器等）
• 讀取電平狀態（檢測按鍵、傳感器信號等）

Linux 內核會把硬件 GPIO 管理起來，通過驅動暴露給用户空間使用。
而用户空間訪問 GPIO 的方式，主要有兩種：

1. 舊接口：sysfs（通過 /sys/class/gpio）
2. 新接口：libgpiod（通過 /dev/gpiochipX）

⚙️ 二、傳統方式：Sysfs GPIO 接口

在早期的 Linux 系統中，控制 GPIO 通常通過 sysfs 文件系統來完成。
所有 GPIO 節點都位於：

/sys/class/gpio/

🔹 示例操作

cd /sys/class/gpio

# 1. 導出編號為 193 的 GPIO
echo 193 > export

# 2. 設置方向為輸出
echo out > gpio193/direction

# 3. 輸出高電平
echo 1 > gpio193/value

# 4. 輸出低電平
echo 0 > gpio193/value

# 5. 讀當前狀態
cat gpio193/value

執行這些命令後，就能在硬件上看到 LED 燈亮起或熄滅。

🧮 三、GPIO 編號的計算公式（為什麼是 193？）

在 Linux 中，每個 GPIO 控制器（gpiochip） 會負責一組引腳（通常 32 個），
每組都從一個基地址（base）開始編號。

你可以通過以下命令查看：

cat /sys/class/gpio/gpiochip0/base
cat /sys/class/gpio/gpiochip0/ngpio

例如：

base = 0
ngpio = 224

這表示：

• 第一個控制器（gpiochip0）管理 GPIO0 ~ GPIO223
• 每個 GPIO 實際編號 = base + 引腳偏移號

🔹 計算公式

GPIO 全局編號 = GPIO 控制器基址（base） + 引腳號（offset）

🔹 舉例：以全志（Allwinner）芯片為例

在很多全志平台（如 H3/H5/F1C100s 等）中，GPIO 命名方式是：

PnX —— n 表示組號，X 表示組內編號
每組通常有 32 個引腳（編號 0~31）

因此計算公式可以寫成：

GPIO 編號 = n × 32 + X

例如：

所以當你執行：

echo 193 > /sys/class/gpio/export

實際上就是導出了 PG1 這個物理引腳。

💡 小結：

• 不同芯片的組號不同（例如 PA、PB、PG 等）
• 每組佔 32 個引腳
• 編號從 0 開始
• 有些平台（如 Rockchip、NXP）命名方式略有不同，但計算原理一致

🧱 四、現代方式：Libgpiod 新接口

為了替代 sysfs，Linux 引入了更現代的接口：

/dev/gpiochipX

這是一種基於 字符設備 的設計，每個 GPIO 控制器會被映射為一個設備節點。
同時，官方提供了用户空間庫和命令行工具：libgpiod。

🔹 命令行示例

安裝（部分發行版）：

apt install gpiod

使用命令行工具操作：

# 查看 GPIO 控制器信息
gpiodetect

# 查看 gpiochip0 的所有引腳
gpioinfo gpiochip0

# 設置編號為193的GPIO為高電平
gpioset gpiochip0 193=1

# 讀取編號為193的GPIO電平
gpioget gpiochip0 193

還可以設置多個引腳：

gpioset gpiochip0 193=1 194=0 195=1

🔹 C語言調用示例

#include <gpiod.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
    struct gpiod_chip *chip;
    struct gpiod_line *line;

    // 打開 gpiochip0
    chip = gpiod_chip_open_by_name("gpiochip0");

    // 獲取編號為193的引腳
    line = gpiod_chip_get_line(chip, 193);

    // 設置為輸出並拉高
    gpiod_line_request_output(line, "myapp", 1);

    // 延時1秒後拉低
    sleep(1);
    gpiod_line_set_value(line, 0);

    // 釋放資源
    gpiod_line_release(line);
    gpiod_chip_close(chip);
}

⚔️ 五、Sysfs vs Libgpiod 對比

🚀 六、總結：新手該怎麼選？

• sysfs 是老方法，簡單但過時；
• libgpiod 是新標準，更強大、可維護、未來主流；
• GPIO 編號的計算遵循：

GPIO編號 = 組號 × 32 + 組內偏移

例如 PG1 → 6×32 + 1 = 193。

🧭 延伸閲讀

• Linux Kernel Documentation – GPIO Sysfs Interface (deprecated)
• Libgpiod GitHub 項目