英創公司EM928x系列和EM335x系列的工控主板均有32位GPIO0 – GPIO31并且為可獨立方向可設置的通用數字IO，所有GPIO的上電初始狀態均為輸入狀態帶上拉電阻。所以在初始化狀態下，每位GPIO管腳所呈現的電平均為高電平。面對豐富的GPIO資源，許多客戶希望將GPIO利用起來做一下其他的應用，比如模擬SPI接口，I2C接口，以及一些總線時序等，下面就來看看GPIO的操作。

常規的GPIO操作在英創公司的主板使用手冊中已經有了較為詳細的介紹，下面將主要的步驟例舉出來：

首先需要打開GPIO的設備文件：
fd = open('/dev/em335x_gpio', O_RDWR);

然后根據英創公司提供的接口即可實現對GPIO的操作：
rc = GPIO_OutEnable(fd, 0xffffffff); //使能GPIO
if(rc < 0)
{
printf('GPIO_OutEnable::failed %d\n', rc);
return rc;
}
rc = GPIO_OutClear(fd, GPIO0); //拉低GPIO
if(rc < 0)
{
printf('GPIO_OutClear::failed %d\n', rc);
return rc;
}

這樣通過調用驅動，實現了對GPIO的控制，但是調用驅動就存在用戶空間和內核空間的數據傳輸，還會涉及到系統調度的問題，所以當我們執行一次置低置高的操作，經測試，大概會用掉2.5μs，波形如下圖：

通過驅動程序操作GPIO的波形

對于一般的應用來說，通過驅動來操作GPIO已經能夠滿足需求，直接使用英創公司封裝好的接口函數，即可實現對應用程序的開發。但是當需要用GPIO做實時性要求較高的應用時，簡單的通過驅動來控制GPIO可能就無法實現，比如需要用GPIO來模擬某種時序，調用驅動來操作可能就會讓時序的一個周期過長，無法滿足時序的要求。

針對這種情況，英創公司為客戶提供了一種更快速的GPIO 操作方法，即通過內存映射的方法來操作GPIO，使用mmap()函數將GPIO的硬件地址映射到進程地址空間，實現對內存物理地址的讀寫，直接控制GPIO的寄存器，這是一種直接操作硬件的方式，避免了用戶進程和內核進程的數據交換，極大地提升了效率。

首先將/dev/mem/設備文件中GPIO的地址映射到用戶進程空間的代碼：
void *GPIO_MMAP::gpio_em335x_pin_config(unsigned int BASE)
{
int mem_fd;
void *base;
mem_fd = open('/dev/mem', O_RDWR|O_SYNC);
printf('mem_fd is %d\n', mem_fd);
/* mmap GPIO */
base = mmap(
NULL,//起始地址
GPIO_DEV_SIZE, //映射的文件內容的大小
PROT_READ|PROT_WRITE,// 映射區域可讀可寫
MAP_SHARED,//映射區域的寫入數據會寫回到原來的文件
mem_fd,
BASE//被映射的硬件地址
);
close(mem_fd);
return base;
}

成功執行時，mmap()函數返回被映射區的指針。普通文件被映射到進程地址空間后，進程可以像訪問普通內存一樣對文件進行訪問，不必再調用read()，write()等操作。只需要使用返回的地址指針在對應的寄存器的偏移地址賦值，就可以完成操作。在例程中已經將函數接口引出（詳細的代碼請參考例程）：
GPIO.GPIO_OutEnable(GPIO0);//輸出使能
GPIO.GPIO_OutClear(GPIO0);//置為低電平
GPIO.GPIO_OutSet(GPIO0);//置為高電平

通過這樣的方式實現GPIO操作，時序圖如下：

用過內存映射操作的GPIO時序

可以看到，置低置高的操作只用了220ns左右，相比調用驅動程序所需要的2.5μs，大大的提升了效率，也已經達到了實時操作的要求。下面來看一個實際的例子，使用GPIO模擬HPI接口的寫時序，HPI是一個與主機通信的并行接口，主要用于DSP與其他總線或CPU進行通信，在工業控制中，HPI接口是很常用的，所以我們就用HPI接口的時序作為例子，下面這個HPI時序有16位數據線和12位地址線：

HPI寫時序圖

時序要求

我們使用30位GPIO來模擬這個時序，將GPIO0~GPIO15作為16為數據線，GPIO16~GPIO28作為12為地址線，而GPIO28作為片選，GPIO29作為讀寫控制信號。基本的思路流程為：
①將片選，讀寫信號和地址線置為輸出，并且為高電平。數據線置為輸入。
②將數據線的寄存器置為需要的值。
③將數據線置為輸出。
④拉低讀寫信號線，再拉低片選。
⑤這里可以根據時序要求做一點延時，拉高片選，拉高讀寫信號，再將數據線置為輸入。

按照這樣操作就基本完成了一次要求的寫時序，實現的程序代碼：

int GPIO_Write(unsigned int AddrBits, unsigned int DataBits)
{
unsigned int DSetBits,DClearBits;
unsigned int ASetBits,AClearBits;
ASetBits= (AddrBits << 16) & 0x0fff0000 ;　　//　地址位為1的位
AClearBits= ~ASetBits ^ 0xf000ffff ;//地址位為0的位
printf('0x0%x\n',AClearBits);
GPIO.GPIO_OutSet(ASetBits);
GPIO.GPIO_OutClear(AClearBits);
DSetBits= DataBits & 0x0000ffff ;//數據位為1的位
DClearBits= ~DSetBits ^ 0xffff0000 ;//數據位為0的位

GPIO.GPIO_OutSet(DSetBits);
GPIO.GPIO_OutClear(DClearBits);
GPIO.GPIO_OutEnable(0x0000ffff);//設置數據線為輸出

GPIO.GPIO_OutClear(GPIO29);//讀寫信號
GPIO.GPIO_OutClear(GPIO28);//將片選拉低

GPIO.GPIO_OutSet(GPIO28);//將片選拉高
GPIO.GPIO_OutSet(GPIO29);//讀寫信號

GPIO.GPIO_OutDisable(0x0000ffff);//設置數據線為輸入

return 1;
}

執行程序，可以看到片選和讀寫信號的時序為：

片選和讀寫信號的時序

可以看到一次寫操作的時間大約在1.25μs，如果是調用驅動程序控制GPIO來實現這個時序的模擬，那效率就會變低，詳細的代碼請參考例程。

注意事項：我們推薦客戶直接使用例程中引出的接口進行操作，不推薦客戶對硬件訪問這一部分代碼進行修改，以免在操作的時候出現無法預估的錯誤。