树莓派gpio应用

　　树莓派现在越来越火，网上树莓派的资料也越来越多。树莓派源自英国，国外嵌入式开源领域具有良好的分享精神，树莓派各种集成库也层出不穷。

　　树莓派内核中已经编译自带了gpio的驱动，我们常通过一些第三方写好的库函数来完成具体的操作。

　　【python GPIO】

　　【开发语言】——python

　　【简单介绍】——该库更确切的名称为raspberry-gpio-python，树莓派官方资料中推荐且容易上手。python GPIO是一个小型的python库，可以帮助用户完成raspberry相关IO口操作。但是python GPIO库还没有支持SPI、I2C或者1-wire等总线接口。除了python GPIO之外，还有众多的python扩展库（例如webiopi），毫无疑问的说python非常适合树莓派，树莓派也非常适合python。

　　【wiringPi】

　　【开发语言】——C语言

　　【简单介绍】——wiringPi适合那些具有C语言基础，在接触树莓派之前已经接触过单片机或者嵌入式开发的人群。wiringPi的API函数和arduino非常相似，这也使得它广受欢迎。作者给出了大量的说明和示例代码，这些示例代码也包括UART设备，I2C设备和SPI设备等，毫无疑问地说wiringPi功能非常强大。

　　【BCM2835 C Library】

　　【开发语言】——C语言

　　【简单介绍】BCM2835 C Library可以理解为使用C语言实现的相关底层驱动，它给我的感觉更像STM32的库函数，BCM2835 C Library的驱动库包括GPIO、SPI和UART等，可以通过学习BCM2835 C Library熟悉BCM2835相关的寄存器操作。如果有机会开发树莓派上的linux驱动，或自主开发python或PHP扩展驱动，可以从BCM2835 C Library找到不少的“灵感”。

　　【相关博文】

　　更多树莓派学习笔记请参考——【树莓派学习笔记——索引博文】

　　1.硬件准备

　　【树莓派】——在开始所有的实验之前，你需要一块完整的树莓派。

　　【IO扩展板】——可以通过淘宝购买IO扩展板，或者购买万用板和杜邦线自行制作IO扩展板。

　　

　　图1 树莓派扩展板——图片来自 天猫 大菠萝数码专营店

　　

　　图2 运行效果图

　　2.注意事项

　　【编号方式】

　　

　　图3 GPIO编号方式——该图片来自wiringPi说明文档

　　树莓派的软件扩展库虽然很多，但也导致了扩展库“碎片化”的问题，例如操作树莓派的GPIO端口，GPIO的编号便存在三种不同的方式

　　【1】插座编号方式

　　编号侧重P1插座侧，从上到下，从左到右。正如图3的Header一栏。

　　【2】BCM2835编号方式

　　编号侧重CPU寄存器，根据BCM2835的GPIO寄存器编号。正如图3 BCM GPIO一栏。

　　【3】wiringPi编号方式

　　编号侧重实现逻辑，把扩展GPIO端口从0开始编号，这种编号方便编程。正如图3 WiringPi一栏。

　　【举例说明】

　　插座编号方式 11 -》 BCM2835编号方式 17 -》 wiringPi编号方式 GPIO0。无论如何它都是同一个IO管脚。

　　【代码写在哪里】

　　【1】直接在树莓派中编写

　　树莓派中有几款代码（文本）编辑软件，可以在树莓派中编写代码。

　　【2】在windows中编写

　　可以在windows中编写代码，如果是Python脚本可通过FTP软件传输到树莓派中，然后使用SSH客户端登录到树莓派中执行Python脚本。如果是C语言文件，除了使用FTP传输之外还需要在树莓派上编译才可以生成可执行文件（相当于windows上的exe文件）。相关软件操作请参考【树莓派学习笔记——常用软件汇总】

　　【3】在其他linux中编写

　　与windows中编写代码不同，在其他linux发行版（例如ubuntu）中可安装交叉工具链，交叉编译C文件生成在树莓派的可执行文件，那么使用FTP传输可执行文件至树莓派即可。其实方式【1】和方式【3】是几乎相同的。

　　【本例原理图】

　　为了说明问题本例只有一个LED，接在了树莓派IO扩展插座的11脚。

　　

　　图4 原理图

　　3Python GPIO实现

　　【安装过程】

　　【1】先安装python-dev，输入以下指令。

　　sudo apt-get install python-dev

　　【2】安装RPi.GPIO，依次输入以下指令。特别说明，由于RPi.GPIO仍处于不断完善的过程中，请参考前言中的链接下载最新的安装代码。

　　# 下载

　　$ wget http://raspberry-gpio-python.googlecode.com/files/RPi.GPIO-0.5.3a.tar.gz

　　# 解压缩

　　$ tar xv*** RPi.GPIO-0.5.3a.tar.gz

　　# 进入解压之后的目录

　　$ cd RPi.GPIO-0.5.3a

　　# 启动安装

　　$ sudo python setup.py install

　　【示例代码】

　　新建一个名为led.py的文件，该文件具体内容如下：

　　［python］ view plain copy# -*- coding： utf-8 -*-

　　import RPi.GPIO as GPIO

　　import time

　　# BOARD编号方式，基于插座引脚编号

　　GPIO.setmode（GPIO.BOARD）

　　# 输出模式

　　GPIO.setup（11， GPIO.OUT）

　　while True：

　　GPIO.output（11， GPIO.HIGH）

　　time.sleep（1）

　　GPIO.output（11， GPIO.LOW）

　　time.sleep（1）

　　【运行】

　　如果在windows上编写代码，请使用FTP软件下载到树莓派中，使用SSH客户端登陆树莓派，cd命令进入文件所在目录，然后输入指令

　　sudo python led.py

　　好吧，扩展板上的LED等开始闪烁了。最后使用Ctrl+C结束Python程序。

　　【简单说明】

　　【1】GPIO.setmode（GPIO.BOARD），采用插座引脚编号方式。

　　【2】由于采用插座引脚编号方式，此处的11脚相当于BCM2835寄存器编号方式的引脚11。

　　4 WiringPi实现

　　【安装过程】

　　详见【树莓派学习笔记——wiringPi简介、安装和管脚说明】

　　【示例代码】

　　新建一个名为blink.c文件，该文件具体内容如下：

　　［cpp］ view plain copy#include 《wiringPi.h》

　　int main（void）

　　{

　　wiringPiSetup（） ;

　　pinMode （0， OUTPUT） ;

　　for（;;）

　　{

　　digitalWrite（0， HIGH） ; delay （500） ;

　　digitalWrite（0， LOW） ; delay （500） ;

　　}

　　}

　　【运行】

　　如果在windows上编写代码，请使用FTP软件下载到树莓派中，使用SSH客户端登陆树莓派，cd命令进入文件所在目录，然后输入gcc指令

　　gcc -Wall -o blink blink.c -lwiringPi

　　接着输入以下命令执行程序

　　sudo 。/blink

　　程序顺利运行，最后使用ctrl+c可以结束程序。

　　【简单说明】

　　【1】不确定的最后状态，由于程序停止的时间未知，所有LED可能为点亮状态也可能会熄灭状态。

　　【2】和python的程序相比，GPIO的端口号似乎发生了变化，但是实际上为同一个IO，只是IO的编号方式略有不同。

　　【3】-lwiringPi表示动态加载wiringPi共享库，如果不熟悉gcc指令和makefile，请参考系列博文——【Linux学习笔记——例说makefile 索引博文】

　　5 BCM2835 C Library

　　【安装过程】

　　特别说明，由于BCM2835 C Library仍处于不断完善的过程中，请参考前言中的链接下载最新的安装代码。

　　# 下载

　　$ wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.35.tar.gz

　　# 解压缩

　　$ tar xv*** bcm2835-1.35.tar.gz

　　# 进入压缩之后的目录

　　$ cd bcm2835-1.35

　　# 配置

　　。/configure

　　# 从源代码生成安装包

　　make

　　# 执行检查

　　sudo make check

　　# 安装 bcm2835库

　　sudo make install

　　【示例代码】

　　新建一个名为blink.c的程序，程序的具体内容如下：

　　［cpp］ view plain copy#include 《bcm2835.h》

　　// P1插座第11脚

　　#define PIN RPI_GPIO_P1_11

　　int main（int argc， char **argv）

　　{

　　if （！bcm2835_init（））

　　return 1;

　　// 输出方式

　　bcm2835_gpio_fsel（PIN， BCM2835_GPIO_FSEL_OUTP）;

　　while （1）

　　{

　　bcm2835_gpio_write（PIN， HIGH）;

　　bcm2835_delay（100）;

　　bcm2835_gpio_write（PIN， LOW）;

　　bcm2835_delay（100）;

　　}

　　bcm2835_close（）;

　　return 0;

　　}

　　【运行】

　　如果在windows上编写代码，请使用FTP软件下载到树莓派中，使用SSH客户端登陆树莓派，cd命令进入文件所在目录，然后输入gcc指令

　　gcc -o blink blink.c -lbcm2835

　　接着执行该程序，输入以下指令

　　sudo 。/blink

　　程序顺利运行，最后使用ctrl+c可以结束程序。

　　【1】和wiringPi的情况相似，若关闭程序LED灯可能点亮也可能熄灭。

　　【2】虽然GPIO端口再次发生了变化，但还是指向那个LED灯。

　　【3】-lbcm2835表示动态加载bcm2835共享库，如果不熟悉gcc指令和makefile，请看看我的其他博文吧。

　　6 未来做些什么

　　实践GPIO输入功能，实践SPI功能，实践I2C功能等。最后综合以上若干内容结合web做些好玩的应用。