【妙算使用笔记】Linux学习笔记—— 浅谈关于妙算GPIO的使用

Linux学习笔记——

                 浅谈关于妙算GPIO的使用

        青岛科技大学 信息科学技术学院 集成162 Listen C

一．背景

去大疆ROBOMASTERS的比赛，队长让我负责视觉，于是乎把妙算放在我这了。由于其他方面（机械、嵌入式）处理的不是很好，最后视觉也没用上，所以妙算俨然被我私藏了……当然不能让这小电脑真的变成铁壳，好歹性能甩树莓派好几条街呢，不能让它瞎在我这，由此入了Linux的坑。

作为一名资深的单片机小白，接触最多的便是GPIO的使用。无论是51，arduino，还是stm32，点灯无疑成为了单片机学习中的“HELLO WORLD”，虽然嵌入式Linux与单片机还是有相当大的区别，但是点个灯这种事大都会用得上嘛~。加之老师最近想用妙算的GPIO产生1ms的PWM，虽然考虑到跑操作系统的话速度可能会有问题换了方案，但是作为学（gao）习（shi），技多不压身，嘻嘻，那就试一下呗！

二．准备工作

首先，要对妙算的GPIO进行操作，要先了解妙算的GPIO（废话……）

关于妙算GPIO，最直接的资料便是官方的使用手册。

从官方的手册上得知，背面那26个IO大概是这样的。作为用户操作GPIO只有1个in1个out。当然点个灯的话已经足够了。

而关于Linux的GPIO操作，首先我们需要建立一种思想——一切皆文件。在Linux里，为了方便操作，GPIO被虚拟为文件，也就是说我们控制GPIO，实际上是对文件进行读写操作。

在官方的用户手册中提到了GPIO的文件位置，当然不提根据Linux的体系也都在那里。

        除此之外，我们做的工作是点灯，关于LED的电路，想必这里应该不用再专门画个原理图了吧~。我们采用灌电流模式，即正极接vcc，负极接GPIO158，串联一个限流电阻，应该是最简单的电路了吧。这里不再累述。

三．Linux文件操作解释

关于Linux的文件操作，鄙人不才，从书中了解了一下，按自己的理解放在这里Mark一下，如果有不对的地方欢迎大家指点！

首先是Linux所包含的文件类型大概包括以下几种：

普通文件                           regular

目录文件                           directory

管道文件                           pipe

套接字文件                      socket

链接文件                           link

字符设备文件                  character

块设备文件                      block

        其中，除了目录文件和套接字文件以外，其余的都可以open。目录文件是我们常用的cd、dir等命令操作的，而套接字文件跟网卡相关。

        而对于IO，又分为两大类：系统IO和标准IO。

        系统IO是系统调用接口，相当于是最直接最原始的操作，在c语言中可以对其open(),read(),write(),lseek(),roctl(),close()等操作。

        而标准IO是标准C库接口，是一种有缓冲可以多样化操作的方式，一般我们在学C语言时都是用的标准C库。由于其多样性的特点，后文只用一种方案实现不去深究。对它的操作可以用fopen(),fread(),fwrite(),fgets(),fputs(),fseek(),fprintf(),fscanf(),fclose()等函数。

        需要注意的是，标准IO也可以按照系统IO的方法操作。

        注意，网络接口只能用系统IO！

关于其他的注意事项，这里不再多谈，感兴趣的可以去看一下《Linux环境编程图文指南》这本书，写的很详细。

关于各函数的用法这里也不再一一解释，总之对文件的操作思路即打开文件，写数据，关闭文件。无论是控制台命令，还是各种语言的编程，思路都是一样的，不过是实现方法不同而已。

四．GPIO文件操作

对Linux的GPIO操作，大致分为如下三个步骤：

（1）      通过/sys/class/gpio/export文件先创建用户接口，让相应的gpio出现在我们可以操作的地方。

（2）      更改/sys/class/gpio/gpiox（x为引脚编号，如妙算的158接口就是gpio158）/direction文件的值改为in或out更改模式。

（3）      在out模式下，通过更改/sys/class/gpio/gpiox/value的值，0为低电平，1为高电平，来实现对gpio的操作。

当然gpio的功能还有许许多多，而且通过观察gpiox目录下的文件我们也能看到很多操作，这里不一一介绍，无论是怎样的操作都回归到文件读写。只要了解了各文件的功能就不难办了。

五．点灯

（一）控制台命令

用控制台命令是最简单直接的方法。

首先先让我们在root用户下定位到gpio的文件位置：

 

cd /sys/class/gpio/gpio158

 

这里有人会问，不应该先创建用户接口吗？没错，理论上是的，但是妙算已经给用户创建好了，不需要我们再去重复操作了。

接下来，就是按我们想的，点灯！点灯前先让其灭掉，灌电流模式高电平为灭。

 

echo 1 > value

 

点灯

 

echo 0 > value

 

这时再观察我们的小灯泡，如果亮了，那就证明成功了。

如果出现没有权限等的问题，很有可能是没进入root模式，作为小白的我还是热心的提醒一下大家在操作GPIO之前不要忘了

 

su root

 

        当然这里又有人会问，既然是文件，我可不可以直接用gedit或vim直接打开更改呢？这里我亲自试了下，无论是哪种方式，都可以打得开，但是无法保存。这其实还是回到了Linux文件的理解上了。GPIO属于虚拟的文件系统，其文件内容是以输入输出流直接写在内存上的。而像这些文本编辑器，其原理是先将内容放进缓冲区，更改之后再保存。在硬盘上没有多大问题，而在内存中可能在你改完之后，这个文件就已经不是以前的该文件了，它是动态变化的。故只能通过文件流的方式操作。

（二）C语言实现

大家可能发现了，在控制台下操作固然容易了，但是如果想做一些程序化的操作反而不方便了，比如尝试产生PWM。所以用Python、C等语言会相对便利点。这里以C语言为例来看看怎么实现对GPIO的控制

这里我用的codeblocks在root用户下实现。

1.   系统IO方式点灯

 

/*        GPIO应用        妙算的GPIO2_OUT为158        方便调试，用unistd中的usleep延时微秒，sleep延时毫秒*/#include <stdio.h>#include <unistd.h>                   //符号常量，在VC环境下不包含它可能会报错#include <sys/ioctl.h>                //GPIO Control#include <sys/stat.h>                 //获取文件属性#include <linux/fs.h>                 //与设备驱动程序有关#include <fcntl.h>                    //改变已打开的文件性质#include <string.h>#include <termios.h>                  //参数设置#include <errno.h>int gpio_fd = -1; //documentint ret;          //fail or successchar gpio[]="158";//gpio numberchar dir[]="out"; //directionchar off[]="1";   //highchar on[]="0";    //lowint set_gpio_init()//create gpio document{    //open    gpio_fd = open("/sys/class/gpio/export",O_WRONLY);    if(gpio_fd < 0)    {        printf("open gpio/export failed\:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    //write    ret = write(gpio_fd,gpio,strlen(gpio));    if(ret < 0)    {        printf("write to gpio/export failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    close(gpio_fd);    return 0;}int set_gpio158_dir()//set gpio direction{    //open    gpio_fd = open("/sys/class/gpio/gpio158/direction",O_RDWR);    if(gpio_fd < 0)    {        printf("open /gpio158/direction failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    //write    ret = write(gpio_fd,dir,strlen(dir));    if(ret < 0)    {        printf("write to /gpio157/direction failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    close(gpio_fd);    return 0;}int set_gpio158_open()//open value{    gpio_fd = open("/sys/class/gpio/gpio158/value",O_RDWR);    if(gpio_fd < 0)    {        printf("open /gpio158/value failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }}int set_gpio158_close()//close value{    close(gpio_fd);    return 0;}int set_gpio158_high()//echo 1 > value{    ret = write(gpio_fd,off,strlen(off));    if(ret < 0)    {        printf("write to /gpio158/value failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    return 0;}int set_gpio158_low()//echo 0 >value{    ret = write(gpio_fd,on,strlen(on));    if(ret < 0)    {        printf("write to /gpio158/value failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    return 0;}int main(){    set_gpio158_open();    while(1)    {        printf("LED off\n");        set_gpio158_high();        sleep(5);        printf("LED on\n");        set_gpio158_low();        sleep(5);    }    set_gpio158_close();    return 0;}

2.   标准IO方式点灯

/*        GPIO应用        妙算的GPIO2_OUT为158        方便调试，用unistd中的usleep延时微秒，sleep延时毫秒*/#include <stdio.h>#include <unistd.h>                   //符号常量，在VC环境下不包含它可能会报错#include <sys/ioctl.h>                //GPIO Control#include <sys/stat.h>                 //获取文件属性#include <linux/fs.h>                 //与设备驱动程序有关#include <fcntl.h>                    //改变已打开的文件性质#include <string.h>#include <termios.h>                  //参数设置#include <errno.h>FILE *gpio_fd;    //documentint ret;          //fail or successchar gpio[]="158";//gpio numberchar dir[]="out"; //directionint off=1;        //highint on=0;         //lowint set_gpio_init()//create gpio document{    //open    gpio_fd = fopen("/sys/class/gpio/export","w");    if(gpio_fd == NULL)    {        printf("open gpio/export failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    //write    ret = fprintf(gpio_fd,"%s",gpio);    if(ret < 0)    {        printf("write to gpio/export failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    fclose(gpio_fd);    return 0;}int set_gpio158_dir()//set gpio direction{    //open    gpio_fd = fopen("/sys/class/gpio/gpio158/direction","w");    if(gpio_fd < 0)    {        printf("open /gpio158/direction failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    //write    ret = fprintf(gpio_fd,"%s",dir);    if(ret < 0)    {        printf("write to /gpio157/direction failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    fclose(gpio_fd);    return 0;}int set_gpio158_open()//open value{    gpio_fd = fopen("/sys/class/gpio/gpio158/value","r+");    if(gpio_fd < 0)    {        printf("open /gpio158/value failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }}int set_gpio158_close()//close value{    fclose(gpio_fd);    return 0;}int set_gpio158_high()//echo 1 > value{    set_gpio158_open();    ret = fprintf(gpio_fd,"%d",off);    set_gpio158_close();    if(ret < 0)    {        printf("write to /gpio158/value failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    return 0;}int set_gpio158_low()//echo 0 >value{    set_gpio158_open();    ret = fprintf(gpio_fd,"%d",on);    set_gpio158_close();    if(ret < 0)    {        printf("write to /gpio158/value failed:%s\n",strerror(errno));        return -1;    }    return 0;}int main(){    while(1)    {        printf("LED off\n");        set_gpio158_high();        sleep(5);        printf("LED on\n");        set_gpio158_low();        sleep(5);    }    return 0;}

3.   模拟echo方式调节PWM

 

/*        GPIO应用        妙算的GPIO2_OUT为158        方便调试，用unistd中的usleep延时微秒，sleep延时毫秒*/#include <stdio.h>#include <unistd.h>                   //符号常量，在VC环境下不包含它可能会报错#include <sys/ioctl.h>                //GPIO Control#include <sys/stat.h>                 //获取文件属性#include <linux/fs.h>                 //与设备驱动程序有关#include <fcntl.h>                    //改变已打开的文件性质#include <string.h>#include <termios.h>                  //参数设置#include <stdlib.h>#define set_gpio158_Init() system("echo 157 > /sys/class/gpio/export")#define set_gpio158_dir()  system("echo out > /sys/class/gpio/gpio157/direction");#define set_gpio158_low() system("echo 0 > /sys/class/gpio/gpio158/value")#define set_gpio158_high() system("echo 1 > /sys/class/gpio/gpio158/value")/*    PWM Mode    START 0 ->first low                 1->first high    rat        0 -  100                 rat%    cycle   a cycle time    Ttype  1  -> um                 1000 -> ms                 1000000 -> s    Total time = cycle*Ttype us*/void Set_PWM(int START,int rat,int cycle,int Ttype){    if(START) set_gpio158_high();    else set_gpio158_low();    usleep(cycle*rat/100*Ttype);    if(START) set_gpio158_low();    else set_gpio158_high();    usleep(cycle*(100-rat)/100*Ttype);}int main(){    int i,j=0;    printf("PWM start!\n");    while(1)    {        for(i=100;i>=0;i--)        Set_PWM(j,i,100,1000);        usleep(100*1000);        j = ~j;    }    return 0;}

 

六．总结

在前两种方式下点灯效果正常，需要注意Linux版本不同包含的头文件会有差异，具体查询Linux内核版本请在控制台下输入一下命令：

 

uname –a

 

在PWM调节呼吸灯时，虽然可以看到有很粗略的“渐变”效果，但是很差。这也是我们担心的问题。的确可以让妙算进行毫秒级延时，但是因为跑操作系统有许许多多工作，导致波形非常不稳定，用示波器观察惨不忍睹。所以在这种情况下选择单片机做通信比直接控制要效果好很多。

        这次的学习遇到不少问题，也有很多粗心大意导致结果不对。通过strerror(errno)输出错误信息，使得探索的过程中方便了很多。

参考资料：http://blog.csdn.net/junllee/article/details/8900372