提高LINUX下GPIO输入输出效率的系统和方法.pdf

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统和方法。本系统，对嵌入式LINUX车载设备特别是行车记录仪的GPIO使用进行了分类，把输入检测、独立输出控制以及周期输出控制分类抽取出来，分别设计成驱动模块，在内核空间建立通用设备模型，在用户空间建立动态库调用适配接口。极大的降低了系统I/O的调用，提高了系统的效率，保证了硬件平台不变的条件下，内核空间代码的一致性。本方法，将输入检测、独立输出控制以及周期输出控制分类抽取出来，在内核空间建立通用设备模型，在用户空间建立动态库调用适配接口。本发明极大地提高了系统的效率。

权利要求书
1.  一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统，其特征在于：包括设置在内核空间部分的：
引脚复用控制驱动模块，用于对硬件控制的引脚复用控制驱动，用以实现芯片级引脚的复用控制，
芯片级GPIO控制模块，用于汇总有效的GPIO引脚号，实现对GPIO接口的输入输出控制，
输入检测模块，用于定时对输入信号进行采集和处理，并将处理后的稳定的电平信号提供给应用层，
周期输出控制模块，用于实现GPIO接口的周期性的输出控制，
直接输出控制模块，用于实现GPIO接口的单次性输出控制，
文件接口模块，用于以设备节点的方式统一管理分发应用发起的各种GPIO控制操作，并根据功能调用输入检测模块，周期输出控制模块，直接输出控制模块实现具体的输入输出控制，
还包括设置在用户空间部分的：
GPIO直接控制模块，用于分类各GPIO接口功能，提供输入检测、周期输出控制、直接输出控制的注册，实现GPIO引脚号和业务功能的对应关系，提供初始化时GPIO的默认值，定时读取输入检测模块暂存的各输入信号的状态，
GPIO接口封装模块，用于实现具体的GPIO的输出控制。

2.  根据权利要求1所述的一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统，其特征在于：输入检测模块通过一个32位变量来汇总各输入信号的状态，并进行暂存，等待应用层的读取。

3.  根据权利要求1所述的一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统，其特征在于：周期输出控制模块根据应用设置的高低电平的持续时间、翻转次数进行周期性的控制。

4.  一种提高linux下GPIO输入输出效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将linux系统进行分层，分为用户空间和内核空间，在内核空间设置：
引脚复用控制驱动模块，用于对硬件控制的引脚复用控制驱动，用以实现芯片级引脚的复用控制，
芯片级GPIO控制模块，用于汇总有效的GPIO引脚号，实现对GPIO接口的输入输出控制，
输入检测模块，用于定时对输入信号进行采集和处理，并将处理后的稳定的电平信号提供给应用层，
周期输出控制模块，用于实现GPIO接口的周期性的输出控制，
直接输出控制模块，用于实现GPIO接口的单次性输出控制，
文件接口模块，用于以设备节点的方式统一管理分发应用发起的各种GPIO控制操作，并根据功能调用输入检测模块，周期输出控制模块，直接输出控制模块实现具体的输入输出控制，
在用户空间设置：
GPIO直接控制模块，用于分类各GPIO接口功能，提供输入检测、周期输出控制、直接输出控制的注册，实现GPIO引脚号和业务功能的对应关系，提供初始化时GPIO的默认值，定时读取输入检测模块暂存的各输入信号的状态，
GPIO接口封装模块，用于实现具体的GPIO的输出控制。

5.  根据权利要求4所述的一种提高linux下GPIO输入输出效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：输入检测模块通过一个32位变量来汇总各输入信号的状态，并进行暂存，等待应用层的读取。

6.  根据权利要求4所述的一种提高linux下GPIO输入输出效率的方法，其特征在于，周期输出控制模块根据应用设置的高低电平的持续时间、翻转次数进行周期性的控制。

说明书提高linux下GPIO输入输出效率的系统和方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域 ，具体涉及一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统和方法。
背景技术
随着嵌入式技术的发展，嵌入式LINUX已经广泛应用在车载设备中特别是行车记录，我们知道行车记录仪需要采集和控制的数字信号很多，一般都有20多个输入检测（点火信号，刹车信号，转向灯信号等），10多个输出控制（油路电路控制、各种外设的上电、复位控制等）。
linux操作系统对系统进行了分层，分为用户空间和内核空间，驱动硬件的驱动程序，运行于内核空间，而应用程序运行于用户空间，应用程序如果要和驱动程序进行交互，需要通调用系统化的I/O接口，进行包括系统模式切换等一系列的处理，代价比较高。
而在行车记录仪等车载设备中，对各种传感信号的采集都是百毫秒甚至10毫秒级的，如果按照普通的方案针对每个GPIO（通用输入/输出）进行独立管控，那么每秒中需要几十甚至上百次的I/O调用，效率低下。
发明内容
解决上述技术问题，本发明提供了一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统，对嵌入式LINUX车载设备特别是行车记录仪的GPIO使用进行了分类，把输入检测、独立输出控制以及周期输出控制分类抽取出来，分别设计成驱动模块，在内核空间建立通用设备模型，在用户空间建立动态库调用适配接口。极大的降低了系统I/O的调用，提高了系统的效率，保证了硬件平台不变的条件下，内核空间代码的一致性。
本发明还提供了一种提高linux下GPIO输入输出效率的方法，将输入检测、独立输出控制以及周期输出控制分类抽取出来，在内核空间建立通用设备模型，在用户空间建立动态库调用适配接口。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统，包括设置在内核空间部分的：
引脚复用控制驱动模块，用于对硬件控制的引脚复用控制驱动，用以实现芯片级引脚的复用控制，
芯片级GPIO控制模块，用于汇总有效的GPIO引脚号，实现对GPIO接口的输入输出控制，
输入检测模块，用于定时（比如100MS一次）对输入信号进行采集和处理，并将处理后的稳定的电平信号提供给应用层，
周期输出控制模块，用于实现GPIO接口的周期性的输出控制，
直接输出控制模块，用于实现GPIO接口的单次性输出控制，
文件接口模块，用于以设备节点的方式统一管理分发应用发起的各种GPIO控制操作，并根据功能调用输入检测模块，周期输出控制模块，直接输出控制模块实现具体的输入输出控制，
还包括设置在用户空间部分的：
GPIO直接控制模块，用于分类各GPIO接口功能，提供输入检测、周期输出控制、直接输出控制的注册，实现GPIO引脚号和业务功能的对应关系，提供初始化时GPIO的默认值，定时（100MS）读取输入检测模块暂存的各输入信号的状态，
GPIO接口封装模块，用于实现具体的GPIO的输出控制。
进一步的，输入检测模块通过一个32位变量来汇总各输入信号的状态，并进行暂存，等待应用层的读取。
进一步的，周期输出控制模块根据应用设置的高低电平的持续时间、翻转次数进行周期性的控制。
一种提高linux下GPIO输入输出效率的方法，包括以下步骤：
将linux系统进行分层，分为用户空间和内核空间，在内核空间设置：
引脚复用控制驱动模块，用于对硬件控制的引脚复用控制驱动，用以实现芯片级引脚的复用控制，
芯片级GPIO控制模块，用于汇总有效的GPIO引脚号，实现对GPIO接口的输入输出控制，
输入检测模块，用于定时（比如100MS一次）对输入信号进行采集和处理，并将处理后的稳定的电平信号提供给应用层，
周期输出控制模块，用于实现GPIO接口的周期性的输出控制，
直接输出控制模块，用于实现GPIO接口的单次性输出控制，
文件接口模块，用于以设备节点的方式统一管理分发应用发起的各种GPIO控制操作，并根据功能调用输入检测模块，周期输出控制模块，直接输出控制模块实现具体的输入输出控制，
在用户空间设置：
GPIO直接控制模块，用于分类各GPIO接口功能，提供输入检测、周期输出控制、直接输出控制的注册，实现GPIO引脚号和业务功能的对应关系，提供初始化时GPIO的默认值，定时（100MS）读取输入检测模块暂存的各输入信号的状态，
GPIO接口封装模块，用于实现具体的GPIO的输出控制，其通过函数名的形式向上提供接口，封装了下层的名字信息，提供上次容易识别和理解的接口，比如硬盘的上电掉电接口。
进一步的，输入检测模块通过一个32位变量来汇总各输入信号的状态，并进行暂存，等待应用层的读取。
进一步的，周期输出控制模块根据应用设置的高低电平的持续时间、翻转次数进行周期性的控制。
本发明通过采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下优点：
本发明的系统对嵌入式LINUX车载设备特别是行车记录仪的GPIO使用进行了分类，把输入检测、独立输出控制以及周期输出控制分类抽取出来，分别设计成驱动模块，在内核空间建立通用设备模型，在用户空间建立动态库调用适配接口。极大的降低了系统I/O的调用，提高了系统的效率，保证了硬件平台不变的条件下，内核空间代码的一致性。
本发明的方法对GPIO空间进行分类和抽象，提取出不变的部分，设计成通用系统模型，对输入输出进行统一管控，降低了系统I/O调用的次数，极大地提高了系统的效率；把变的东西抽象出来设计注册表项，提高了GPIO的可维护性。
附图说明
图1是本发明的实施例的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
作为一个具体的实施例，如图1所示，本发明的一种提高linux下GPIO输入输出效率的系统，包括设置在内核空间部分的：
引脚复用控制驱动模块，用于对硬件控制的引脚复用控制驱动，用以实现芯片级引脚的复用控制，
芯片级GPIO控制模块，用于汇总有效的GPIO引脚号，实现对GPIO接口的输入输出控制，具有硬件相关性，
输入检测模块，用于定时，比如100MS一次对输入信号进行采集和处理，并将处理后的稳定的电平信号提供给应用层，输入检测模块通过一个32位变量来汇总各输入信号的状态，并进行暂存，等待应用层的读取。
周期输出控制模块，用于实现GPIO接口的周期性的输出控制，周期输出控制模块根据应用设置的高低电平的持续时间、翻转次数进行周期性的控制。比如一闪一闪的指示灯控制，本模块按照应用设置的高低电平的持续时间、翻转次数进行周期性的控制，应用只需一次性的设置好这些参数，具体的实施由本模块完成，直到应用需要更改闪烁方式；
直接输出控制模块，用于实现GPIO接口的单次性输出控制，
文件接口模块，用于以设备节点的方式统一管理分发应用发起的各种GPIO控制操作，并根据功能调用输入检测模块，周期输出控制模块，直接输出控制模块实现具体的输入输出控制，
驱动的输入检测（sensor）、周期输出控制、直接输出控制，设计成平台无关性，可以看做是“容器”，在没有被应用进行引脚映射之前，没有和硬件有具体的联系。具有不同平台的完全可复用性。
还包括设置在用户空间部分的：
GPIO直接控制模块，用于分类各GPIO接口功能，提供输入检测、周期输出控制、直接输出控制的注册，实现GPIO引脚号和业务功能的对应关系，提供初始化时GPIO的默认值，定时（100MS）读取输入检测模块暂存的各输入信号的状态，
GPIO接口封装模块，用于实现具体的GPIO的输出控制。
一种提高linux下GPIO输入输出效率的方法，包括以下步骤：
将linux系统进行分层，分为用户空间和内核空间，在内核空间设置：
引脚复用控制驱动模块，用于对硬件控制的引脚复用控制驱动，用以实现芯片级引脚的复用控制，
芯片级GPIO控制模块，用于汇总有效的GPIO引脚号，实现对GPIO接口的输入输出控制，
输入检测模块，用于定时（比如100MS一次）对输入信号进行采集和处理，并将处理后的稳定的电平信号提供给应用层，输入检测模块通过一个32位变量来汇总各输入信号的状态，并进行暂存，等待应用层的读取。
周期输出控制模块，用于实现GPIO接口的周期性的输出控制，周期输出控制模块根据应用设置的高低电平的持续时间、翻转次数进行周期性的控制。
直接输出控制模块，用于实现GPIO接口的单次性输出控制，
文件接口模块，用于以设备节点的方式统一管理分发应用发起的各种GPIO控制操作，并根据功能调用输入检测模块，周期输出控制模块，直接输出控制模块实现具体的输入输出控制，
在用户空间设置：
GPIO直接控制模块，用于分类各GPIO接口功能，提供输入检测、周期输出控制、直接输出控制的注册，实现GPIO引脚号和业务功能的对应关系，提供初始化时GPIO的默认值，定时（100MS）读取输入检测模块暂存的各输入信号的状态，
GPIO接口封装模块，用于实现具体的GPIO的输出控制，其通过函数名的形式向上提供接口，封装了下层的名字信息，提供上层容易识别和理解的接口，比如硬盘的上电掉电接口。
void YX_PLT_HDPowerOn(void);
void YX_PLT_HDPowerOff(void);
用户空间部分，实现为动态库，基于线程来实施。
为了进一步说明本实施例的优点，对效率的提升：下面结合常规方法和本实施例的方法运用具体实例说明。
常规方法：
假设应用层有4个进程，有20个输入检测GPIO信号，3个周期输出控制信号，最小控制周期为100毫秒，如果单独进行驱动控制，则对于20个输入检测信号，单个进程每秒钟需要的I/O调用次数为20 * 6 =120次，4个进程就需要480次，同理对于3个周期输出信号，每秒钟的I/O调用次数为3 * 6 = 18次。那么每秒钟对这些I/O的调用次数为120+18=138次。
本方法：
由于把输入信号集中在驱动模块中采集滤波，一次性就把整体20个信号读出来，那么每秒钟只需要I/O6次，而对于周期性的输出，只需一次控制，在不改变输出周期的情况下，而这种情况也不是很频繁，I/O的调用几乎可以忽略，那么每个进程只需要每秒钟6次的I/O即可以完成。4个进程总共24次I/O调用。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。