树莓派4硬件---GPIO篇

　　树莓派拿到手已经两个多月了，其实从最开始的期待安装好ROS，到前几天完成了ROS的源码编译安装，对linux的调教也时花了些时间的。现在终于想起来，树莓派上还有GPIO，还没有用过了。说干就干，开始。以下操作都是在树莓派已经安装好了官方的系统，也已经升级到了最新版了。总共有40个GPIO，实际管脚图为：

　　

　　在计算机中，通常用高、低两个电压来表示二进制的1和0。树莓派也是如此。GPIO用相同的方式来表示数据。每个GPIO的PIN都能处于输入或输出状态。当处于输出状态时，系统可以把1或0传给该PIN。如果是1，那么对应的物理PIN向外输出3.3V的高电压，否则输出0V的低电压。相应的，处于输入状态的PIN可以探测物理PIN上的电压。如果是高电压，那么该PIN将向系统返回1，否则返回0。就是利用上述简单机制，GPIO实现了和物理电路的互动。通过管脚图，不难看出使用方法和其他的开发板是一样的，先设置管脚的方向，再设置管脚的数值。将其配置为输入或输出，通过读写相应的IO的寄存器值，获取IO状态，通过值取得IO的数值，完成IO的状态的改变。

创建一个python代码：

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(21,GPIO.OUT)

while True :
    GPIO.output(21,GPIO.HIGH)
    time.sleep(0.05)
    GPIO.output(21,GPIO.LOW)
    time.sleep(0.05)

创建一个C代码：

使用bash搞定：用bash命令来控制GPIO21。在Linux中，外部设备经常被表示成文件。向文件写入或读取字符，就相当于向设备输出或者从设备输入字符。树莓派上的GPIO端口也是如此，其代表文件位于/sys/class/gpio/下。首先，激活GPIO21:

echo 21 > /sys/class/gpio/export 

上边命令的意思，是把字符"21"写入到/sys/class/gpio/export。可以看到，命令执行后，/sys/class/gpio/下面增加了代表GPIO21的一个目录，目录名就是gpio21。下一步，我们把GPIO21置于输出状态：

echo out > /sys/class/gpio/gpio21/direction

文件/sys/class/gpio/gpio21/direction用于控制GPIO21的方向。我们向里面写入了代表输出的字符"out"。

echo 1 > /sys/class/gpio/gpio21/value

最后，向GPIO21写入1，从而让PIN处于高电压：可以看到，LED灯亮了起来。如果想关掉LED灯，只需要向GPIO21写入0：

echo 0 > /sys/class/gpio/gpio21/value

使用完毕GPIO21，可以删除该端口：

echo 21 > /sys/class/gpio/unexport

/sys/class/gpio/gpio21随即消失。

2 Python 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 xvzf 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：
# -*- 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：
#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 xvzf 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：
#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，
参考文献：https://blog.csdn.net/xukai871105/article/details/12684617

参考文献：https://www.cnblogs.com/vamei/p/6751992.html