bird.dip.jp: GPIO input on BeagleBone

Wed 01/18, 2012

GPIO input on BeagleBone [Electronics ]

今回は BeagleBone (Angstrom) での GPIO 入力について。サンプルを探すと https://github.com/joelagnel/validation-scripts/tree/master/bone-tester/lib に led.sh とか util.sh があった。これを元に GPIO1_6 (拡張ヘッダ P8-3)の状態を取得してみる。

# echo 38 > /sys/class/gpio/export
# cat /sys/class/gpio/gpio38/value
1
--- ここで P8-1(GND) と P8-3 をショートさせる。 ---
# cat /sys/class/gpio/gpio38/value
0
#

こんな具合に期待通り入力状態が得られる。38 というのは GPIO1_6 に対応するシステム上の識別番号で、とりあえずは cloud9 IDE サンプルの bonescript/index.js を見れば判る。

これをもう少し詳しく見てみる。最初に # echo 38 > /sys/class/gpio/export を実行する前には /sys/class/gpio/gpio38 ディレクトリは存在していない。そして # echo 38 > /sys/class/gpio/unexport で消える。これは GPIO 操作をユーザスペースからおこなうための手続きで、こうしたことについては Linux Kernel の GPIO Interface のドキュメント(http://www.kernel.org/doc/Documentation/gpio.txt)に書かれていて、/sys/class/gpio/gpioN 以下については次のような属性のエントリができる。


direction - in または out で示される入出力方向。read で現在値が得られ、write で変更できる。
value - direction=in の場合には read で GPIO の値(1 または 0)が得られ、direction=out の場合には、これに write することで 0 または 1(0以外の場合)を出力する。
edge - direction=in での読み取りタイミングと、その指定。"none", "rising", "falling", "both" のいずれか。
active_low - 論理値の反転。


ここで振り返って bonescript/index.js を見ると pinMode でなにやら /sys/kernel/debug/omap_mux/* を操作している。この辺りの事情は先ほどのドキュメントには書かれていないが、mux と言う名前から MCU のピンの役割選択であることだと予想が付く。

# ls /sys/kernel/debug/omap_mux/
ain0               gpmc_ad3        lcd_data3      mii1_txd1
ain1               gpmc_ad4        lcd_data4      mii1_txd2
ain2               gpmc_ad5        lcd_data5      mii1_txd3
ain3               gpmc_ad6        lcd_data6      mii1_txen
ain4               gpmc_ad7        lcd_data7      mmc0_clk
ain5               gpmc_ad8        lcd_data8      mmc0_cmd
ain6               gpmc_ad9        lcd_data9      mmc0_dat0
ain7               gpmc_advn_ale   lcd_hsync      mmc0_dat1
board              gpmc_ben0_cle   lcd_pclk       mmc0_dat2
ecap0_in_pwm0_out  gpmc_ben1       lcd_vsync      mmc0_dat3
gpmc_a0            gpmc_clk        mcasp0_aclkr   rmii1_refclk
gpmc_a1            gpmc_csn0       mcasp0_aclkx   spi0_cs0
gpmc_a10           gpmc_csn1       mcasp0_ahclkr  spi0_cs1
gpmc_a11           gpmc_csn2       mcasp0_ahclkx  spi0_d0
gpmc_a2            gpmc_csn3       mcasp0_axr0    spi0_d1
gpmc_a3            gpmc_oen_ren    mcasp0_axr1    spi0_sclk
gpmc_a4            gpmc_wait0      mcasp0_fsr     uart0_rtsn
gpmc_a5            gpmc_wen        mcasp0_fsx     uart0_rxd
gpmc_a6            gpmc_wpn        mdio_clk       uart0_txd
gpmc_a7            i2c0_scl        mdio_data      uart1_ctsn
gpmc_a8            i2c0_sda        mii1_col       uart1_rtsn
gpmc_a9            lcd_ac_bias_en  mii1_crs       uart1_rxd
gpmc_ad0           lcd_data0       mii1_rxclk     uart1_txd
gpmc_ad1           lcd_data1       mii1_rxd0      uatr0_ctsn
gpmc_ad10          lcd_data10      mii1_rxd1      usb0_drvvbus
gpmc_ad11          lcd_data11      mii1_rxd2      usb1_drvvbus
gpmc_ad12          lcd_data12      mii1_rxd3      vrefn
gpmc_ad13          lcd_data13      mii1_rxdv      vrefp
gpmc_ad14          lcd_data14      mii1_rxerr     xdma_event_intr0
gpmc_ad15          lcd_data15      mii1_txclk     xdma_event_intr1
gpmc_ad2           lcd_data2       mii1_txd0

/sys/kernel/debug/omap_mux/ ディレクトリには信号ピンの MODE0 での名称が並んでいる。BeagleBone 付属のリファレンスマニュアルの Table 9 および 10 で　P8 の各ピンのモードについてみると GPIO1_6 は MODE7 で、MODE0 は gpmc_ad6 となっているから、これを見てみる。
# cat /sys/kernel/debug/omap_mux/gpmc_ad6
name: gpmc_ad6.gpio1_6 (0x44e10818/0x818 = 0x0037), b NA, t NA
mode: OMAP_PIN_OUTPUT | OMAP_MUX_MODE7
signals: gpmc_ad6 | mmc1_dat6 | NA | NA | NA | NA | NA | gpio1_6
# 
なにやらレジスタっぽい値が表示されたから、AM335x ARM® Cortex™-A8 Microprocessors (MPUs) Technical Reference Manual を参照して調べると "9. Control Module" に解説がある。

Table 2-2. L4_WKUP Peripheral Memory Map

Control Module 0x44E1_0000-0x44E1_1FFF 128KB Control Module Registers
Table 9-8. CONTROL_MODULE REGISTERS

818h conf_gpmc_ad6
9.3.1.50 conf_<module>_<pin> Register (offset = 800h)
Table 9-58. conf_<module>_<pin> Register Field Descriptions

つまり、0x0037 という値は MODE7/Receiver enabled/プルアップ/Fast と言うことになる。
bonescript/index.js での pinMode ではこれを 0x37 ではなく 0x07 に設定しているから、Receiver disabled となって入力動作ができなくなるらしい。試してみた限り 0x37 の状態から echo out > /sys/class/gpio/gpio38/derection と出力モードにしても /sys/kernel/debug/omap_mux/gpmc_ad6 の値も OMAP_PIN_OUTPUT の表示も変わらない。詳細は kernel のソースコードを追わないと判らなさそうだが、おそらく BeagleBone の AM335x への対応が不十分なのだと思われる。
BeagleBone でのデフォルトはリファレンスマニュアルのピン名で、MODE7 の GPIO となっているとは限らないために MODE7 指定をしているのだろうが、0x37 ではなく 0x07 である意味はよく判らない。どうやらこれは BeagleBoard の AM35x プロセッサの名残りらしい。AM35x では GPIO の入出力の設定は bit 8 だったものが BeagleBone の AM335x では bit 5 になっている。bit 5-7 は AM35x では reserved となっていて使用されていない。


[追記]

ソースコードを見ると arch/arm/mach-omap2/mux.h で 
# define OMAP_INPUT_EN (1 << 8)
となっている。これを (1 << 5) とすれば良さそうだが、変更するのはちょっと怖い。

[追記ここまで]

と言うことで、とりあえず bonescript/index.js では bone の定義で mux を外すか 7 を 0x37 とすれば入力も取れる。digitalRead() はこんな感じで 0 または 1 が得られる。
digitalRead = exports.digitalRead = function(pin)
{
  var s = fs.readFileSync(gpio[pin.gpio].path, 'ascii');
  s.split('\s+');
  return s[0];
}
まとめ。基本は Linux スタイル GPIO。pinmux については /sys/kernel/debug/omap_mux/* で操作する。

GPIO (eLinux.org)
How to use GPIO signals



続く、かも。


Posted by masato at 10:01 PM



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