#linux #GPIO #i2c #spi #hardware #userspase #libgpiod 

Контроль и управление периферией в Linux
Все устройства в Linux живут тут: `/dev`

## GPIO 
Полезная информация:
https://devdotnet.org/post/rabota-s-gpio-v-linux-chast-6-biblioteka-libgpiod/

Способы управления:
1. Userspace driver -прямое управление 
2. Libgpiod - управление через библиотеку
3. 
#### User Space 
Прямой доступ к регистрам, минуя медленные системные вызовы. 
Посредством открытия `/dev/mem` и мапирование базового адреса GPIO.
   ==Подводные камни:== 
	1. Обход GPIO Subsystem 
	2. Нет контроля конкуренции (может управлять несколько процессов)
	3. Можно сломать драйвер
	4. Нет безопасности 
	   
```cpp title:userspace_gpio_control.cpp

#include <iostream>     // вывод сообщений  
#include <fcntl.h>      // открытие файлов 
#include <sys/mman.h>   // mmap и munmap 
#include <unistd.h>     // usleep и close
#include <cstring>      // perror
#include <cstdint>      // для uint32_t 

/*
1. Userspace драйвер GPIO.
Управление GPIO Raspberry Pi через mmap обеспечивает прямой доступ к регистрам периферии, 
минуя медленные системные вызовы. Это реализуется через открытие /dev/mem, 
мапирование базового адреса GPIO 
*/

#define GPIO_BASE 0x3F200000    // физический адрес начала блока регистров GPIO на SoC BCM2835
#define BLOCK_SIZE 4096         // Размер отображ. памяти Регистры GPIO занимают 41 байт, но мы отображаем целую страницу для простоты.
#define TIME_SLEEP 500000       // Время задержки в микросекундах

int main() {
// открытие спец.файла физической памяти. Флаги - чтение и запись + отключение кэширования
    int mem_fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
    // Если не удалось открыть - вывод ошибки 
    if (mem_fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }

/*
Отображение памяти регистров в виртуальное адресное пространство
mmap создаёт отображение физической памяти, начиная с адреса GPIO_BASE, размером BLOCK_SIZE, в виртуальную память процесса.
NULL – ядро само выбирает адрес для отображения.
BLOCK_SIZE – количество байт.
PROT_READ | PROT_WRITE – разрешено чтение и запись.
MAP_SHARED – изменения видны другим процессам и синхронизируются с файлом (важно для доступа к реальной памяти).
mem_fd – файловый дескриптор /dev/mem.
GPIO_BASE – смещение в файле (физический адрес).
*/  
    void* gpio_map = mmap(
        NULL,
        BLOCK_SIZE,
        PROT_READ | PROT_WRITE,
        MAP_SHARED,
        mem_fd,
        GPIO_BASE
    );

    if (gpio_map == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        return 1;
    }

// Указатель приводится к типу volatile uint32_t*, чтобы:
// Обращаться к памяти 32-битными словами.
// volatile запрещает компилятору оптимизировать обращения, т.к. значения регистров могут меняться аппаратно.
    volatile uint32_t* gpio = (volatile uint32_t*)gpio_map;

    // GPIO17 = бит 21 в GPFSEL1
    gpio[1] &= ~(7 << 21);   // очистить
    gpio[1] |=  (1 << 21);   // output

    while (true) {
        gpio[7] = (1 << 17);  // set
        usleep(TIME_SLEEP);
        gpio[10] = (1 << 17); // clear
        usleep(TIME_SLEEP);
    }
    // освобождение ресурсов, при выходе 
    munmap(gpio_map, BLOCK_SIZE);
    close(mem_fd);
}
```

#### libgpiod - library control
Library General Purpose Input/Output device - Библиотека и набор утилит в Linux для управления пинами GPIO (ввод/вывод общего назначения) через символьные устройства (`/dev/gpiochip*`) или контроллеры GPIO
 Состав библиотеки:
 - **gpiodetect**
 - **gpioinfo**
 - **gpioset**
 - **gpioget**
Установка:
``` bash
sudo apt-get update
sudo apt-get install -y libgpiod-dev libgpiod-doc gpiod
```
Проверка корректности установки:
``` bash
pkg-config --cflags --libs libgpiod
```
Компиляция:
``` bash
g++ -o gpio_control gpio_control.cpp -lgpiod
```
``
	3. Компиляция:
	   
	4. API для Python и C/C++
	   
``` cpp title:libgpiod_control.cpp

```

## I2C.  Integrates 
`/sys/bus/i2c/devices/`
По умолчанию шина отключена.
Включить можно следующими способами:
1. `sudo raspi-config` 
2. Корректировкой `/boot/firmware/config.txt`
	1.  Необходимо раскомментировать параметр `dtparam=i2c_arm=on`
Затем в устройство должно появиться в `/dev` как `i2c-1` 

Для работы с шиной и периферией есть библиотека `i2c-tools`

## SPI 


Команды для работы:  
`cat /proc/device-tree/model` - модель платы для которой device tree создан
`ls /proc/device-tree/` - дерево устройств, которое kernel получил от GPU 
`ls /sys/bus/platform/devices` - вывод устройств, которые kernel создал на основе DT 
`lsmod` - просмотр загруженных модулей св 

## Commands 
Система:
`vcgencmd get_config int` - параметры, которые передает GPU 
`cat /etc/os-release` - просмотр версии системы