米尔科技Rico Board试用笔记三——应用程序开发之LED和GPIO

小平平和小橘子

0 前言
   上一期，我们讲的是搭建开发环境及程序演示。讲真，上次真的花了我不少功夫，主要是对虚拟机的使用比较陌生，关于文件共享、网络配置方面比较繁琐，一直在学着怎么使用。好在基本上搞定了，其实还有个问题：win10系统下，Virtual Box（版本4.1.18）中的虚拟机网络桥接宿主机一直没有搞定，这就意味着虚拟机无法与宿主机、开发板同处一个局域网中，传输文件会比较麻烦，如果大家有好的解决方案，请告诉我。现在这一期，开始在上面编程了。我的想法是，利用已经写好的硬件驱动，写几个应用程序。比如基本的按键key、LED灯、串口通信方面的。好了，现在就开始正式的征程吧。
   写应用程序，在我看来，应该是调用Linux系统提供的应用程序接口(API)，通过内核，来控制硬件。那么就需要找到这些API，那这些API到底在哪儿呢？比如说LED灯的操作，如何完成初始化，然后指定某个引脚为输出，再指定输出高或低电平，这些应该都是API中给定的。后来事实证明，我想的有点简单，因为Linux文件系统很复杂，而我又是新手，好多文件我都是第一次接触的。
   在手册中，并没有指出这些接口所在的文件，可能对于老手来说，这些都不是事儿。然后对我们这种刚入门的菜鸟来说，就是很大的困难。这里先推荐一下大家上米尔官网上的论坛：https://www.myir-tech.com/bbs/forum.php，AM437X系列芯片比较新，资料比较少，大家可以参照AM335X系列的。里面有一篇是介绍Linux设备驱动源码文件列表的。

   大家如果有兴趣可以打开去看看哦。其实Linux系统已经把很多接口通用化了。从后面的内容就可以明显感觉到，操作GPIO就像操作文件一样，有open, read, write, close等。这里放一张图，说的是用户程序、操作系统、驱动和硬件之间的关系。

1 LED灯玩法
上面说了这么多，是不是有点晕乎乎的。好的，下面开始结合LED灯讲讲硬件接口编程。开发板上有4个LED灯，写着D23~D25，打开开发板原理图，找到D23~D25;

再找到对应的芯片引脚，

对应的是GPIO1_24~GPIO1_27，这里说一下GPIO的编号方式。举个例子，GPIO1_24意味着是1*32+24=56，对应的GPIO56。
怎么来控制它们呢？一种方式是通过虚拟文件系统sysfs:
cd /sys/class/leds/status_led1/
然后你会发现有一些基本操作：
比如说把非零值传给brightness文件（在Linux中，设备皆文件，LED灯也是这样啊。），
echo 1 > brightness
就可以点亮小灯；
把零值传给brightness文件，
echo 0 > brightness
就可以关闭小灯；
把heartbeat传给trigger，
echo heartbeat > trigger
就可以让小灯闪烁（即心跳灯）。
比如说系统运行时D23小灯一直在闪烁，就是以下这句话的效果：
echo heartbeat > /sys/class/leds/status_led0/trigger
是不是很神奇。
2 在C程序中操作LED
   上面的一种方法，讲的是在应用层通过shell方式控制LED，下面介绍的这种，是通过C语言来实现的。下面贴上我写的代码。思路：在C程序中操作LED，首先要设置trigger属性为nono，将指示灯设置为用户控制。然后操作brightness属性0和1每隔1s交替变换，设置LED点亮或熄灭。
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <string.h>#define TRIGGER         "trigger"#define LED_PATH                "/sys/class/leds/"#define LED_STATUS                "brightness"#define TRIGGER_NONE        "none"int main(int argc, char **argv){        char path[40], data[2];        int fd, ret, flag = 0;                if (argv[1] == NULL)        {                printf("Usage: ./led status_led3");                return 0;        }                strcpy(path, LED_PATH);        strcat(path, argv[1]);        strcat(path, "/" TRIGGER);                fd = open(path, O_RDWR);        if (fd < 0)        {                perror("open");                return -1;        }                ret = write(fd, TRIGGER_NONE, strlen(TRIGGER_NONE));                if (ret < 0)        {                perror("write");                return -1;        }                close(fd);                stpcpy(path, LED_PATH);        strcat(path, argv[1]);        strcat(path,"/" LED_STATUS);                fd = open(path, O_WRONLY);        if (fd < 0)        {                perror("open");                return -1;        }                for (;;)        {                data[0] = flag?'0':'1';                ret = write(fd, data, 1);                if (ret < 0)                {                        perror("write");                        return -1;                }                                flag =!flag;                sleep(1);        }        return 0;}   写完代码后，修改下Makefile文件里的变量，然后编译，没有错误后，将执行文件拷贝到目标板中，增加权限后，输入以下指令执行：
$./led status_led3
3 GPIO玩法
   介绍完LED灯的两种玩法，下面讲一下GPIO的。
科普一下，Linux下用文件IO的方式操作GPIO（/sys/class/gpio），通过sysfs方式控制GPIO，先访问/sys/class/gpio目录，向export文件写入GPIO编号，使得该GPIO的操作接口从内核空间暴露到用户空间，GPIO的操作接口包括direction和value等，direction控制GPIO方向，而value可控制GPIO输出或获得GPIO输入。文件IO方式操作GPIO，使用到了4个函数open、close、read、write。
ARM Linux开发板GPIO输入输出接口操作，对于大部分的 ARM Linux 开发板来说，其实都已经把所有的GPIO驱动做好了，我们要做的就是去使用它。
(1)、GPIO目录
在ARM Linux中，GPIO驱动的目录是：/sys/class/gpio/，所以，要首先进入这个目录，命令：
$ cd /sys/class/gpio/
(2)、目录解析
使用ls命令查看目录详情：
$ ls
export       gpiochip128  gpiochip32   gpiochip96
gpiochip0    gpiochip160  gpiochip64   unexport
如上列出了6个gpio目录、export、unexport文件。gpio目录对应基地址，比如芯片的IO定义为GPIO0_0~GPIO0_31、GPIO1_0~GPIO1_31等等，那么GPIO0对应的base就是gpiochip0，GPIO1对应的base就是gpiochip32，以此类推。大家有兴趣可以可以进入其中一个目录看看，
$cd gpiochip32
$ls
base       label      ngpio      power      subsystem  uevent
具体内容就不一一介绍了，如果有需要，我可以再写个介绍。
(3)、控制实例
比如要实现控制 GPIO5_9(5*32+9=169) 口，在/sys/class/gpio目录下先生成一个gpio169 目录：
$ echo 169 > export
$ cd gpio169
$ ls
active_low  direction   edge        power       subsystem   uevent
(4)、控制
$ cat direction        #查看方向
in
$ echo out > direction   #设置为输出
$ cat value           #获取值
0
$ echo 1 > value       #设置为1
这时候，你可以用万用表去测一下J11上12号引脚（GPIO5_9）的电平；

关于GPIO的使用，还有另外两种方式，可以参考这篇文章，写得比较详细：https://www.myir-tech.com/bbs/thread-7220-1-1.html。
4 小结
   这一期的内容，需要有一定的嵌入式Linux开发基础。因为之前没有做过嵌入式Linux开发项目，都是基于Cortex-M系列的应用开发，所以我还是下了不少功夫，Cortex-A系列的复杂度比Cortex-M系列高出几个数量级，何况米尔公司又没有提供非常详细的入门引导教程。建议大家可以找几本嵌入式Linux方面的书来看看。嵌入式Linux开发还有一个重要内容需要去学习，就是Qt嵌入式开发。所以，我准备将更多的时间精力放在Qt开发上。下一期就是关于这个主题的，我希望能将更多有价值的内容分享给大家。