Raspberry Pi的GPIO中断编程

小菜儿

转自Hugo Zhu：http://hugozhu.myalert.info/2013 ... pio-pins.html#toc_0
背景介绍

树莓派的GPIO引脚不仅可以输出高低电平，也可以当做输入端口（可以想象成键盘输入），当GPIO接入的是高电平，GPIO的值可以认为是1，如果是低电平则是0。如下图所示，可以使用一个Push Button开关按键来控制GPIO 25（BCM Numbering）的高低电平以达到控制的目的。

GPIO 25和VCC（3.3V）之间通过R1（10K欧姆）和R2（1K欧姆）上拉电阻相连，当按键未被按下时，GPIO 25上拉到VCC，程序可以读到1，当按键按下时，GPIO 25被下拉电阻R2拉到GND（0V），程序可以读到0。如果不加R1，而GPIO 25不小心被设置成输出低电平时，将直接和VCC相连而造成短路，这样可能会烧掉这个引脚，所以加上限流电阻R1后，即使发生这样的情况，也不会出现短路情况。

应用

如果我们需要根据GPIO 25的值来控制树莓派，比如按下按钮时希望点亮某个LED或在液晶上显示当前时间，就需要通过程序来获取状态的变化。

一种常见的做法是在循环里不断读取该引脚的状态，当发生对应的变化的时执行控制逻辑，但显而易见，这种做法很消耗CPU，如果在循环增加sleep(1000)这样的调用，又很容易错过按键变化。较好的做法则是通过中断来实现。

最新的树莓派Raspbian和Arch Linux内核都已经包含了GPIO的中断处理支持。但使用前需要将指定GPIO引脚输出，方法如下：

首先可以通过命令echo 25 > /sys/class/gpio/export导出GPIO 25端口，执行成功后在相应的目录下看到以下文件，得益于Linux下一切都是文件的设计理念，GPIO的状态可以通过value文件来获取，这样就可以利用Linux的poll/epoll来获取value文件的变化(这点和Linux高性能网络编程是类似的)。

• root@raspberrypi2 ~/projects/interrupt_test # ls -l /sys/class/gpio/gpio25/
• total 0
• -rw-r--r-- 1 root root 4096 Apr  8 23:56 active_low
• -rw-r--r-- 1 root root 4096 Apr  8 22:29 direction
• -rw-r--r-- 1 root root 4096 Apr  8 22:29 edge
• drwxr-xr-x 2 root root    0 Apr  8 23:56 power
• lrwxrwxrwx 1 root root    0 Apr  8 23:56 subsystem -> ../../../../class/gpio
• -rw-r--r-- 1 root root 4096 Apr  8 22:08 uevent
• -rw-r--r-- 1 root root 4096 Apr  8 22:29 value
• root@raspberrypi2 ~/projects/interrupt_test #
  

wiringPi

wiringPi库封装了一个简单的接口，传入一个回调函数，当事件发生时传入的函数将被调用。

• int wiringPiISR (int pin, int edgeType,  void (*function)(void)) ;
  

其最主要的部分的实现代码是：

• int waitForInterruptSys (int pin, int mS)
• {
•   int fd, x ;
•   uint8_t c ;
•   struct pollfd polls ;
•   if ((fd = sysFds [pin & 63]) == -1)
•     return -2 ;
• // Setup poll structure
•   polls.fd     = fd ;
•   polls.events = POLLPRI ;      // Urgent data!
• // Wait for it ...
•   x = poll (&polls, 1, mS) ;
• // Do a dummy read to clear the interrupt
• //      A one character read appars to be enough.
•   (void)read (fd, &c, 1) ;
•   return x ;
• }
  

示例代码

• #include <stdio.h>
• #include <string.h>
• #include <errno.h>
• #include <stdlib.h>
• #include <wiringPi.h>
• // What GPIO input are we using?
• //      This is a wiringPi pin number
• #define BUTTON_PIN      6
• static volatile int globalCounter = 0 ;
• void myInterrupt (void)
• {
•   ++globalCounter ;
• }
• int main (void)
• {
•   int myCounter = 0 ;
•   if (wiringPiSetup () < 0)
•   {
•     fprintf (stderr, "Unable to setup wiringPi: %s\n", strerror (errno)) ;
•     return 1 ;
•   }
•   if (wiringPiISR (BUTTON_PIN, INT_EDGE_FALLING, &myInterrupt) < 0)
•   {
•     fprintf (stderr, "Unable to setup ISR: %s\n", strerror (errno)) ;
•     return 1 ;
•   }
•   for (;;)
•   {
•     printf ("Waiting ... ") ; fflush (stdout) ;
•     while (myCounter == globalCounter)
•       delay (100) ;
•     printf (" Done. counter: %5d\n", globalCounter) ;
•     myCounter = globalCounter ;
•   }
•   return 0 ;
• }
  

RPi.GPIO

Python的PRI.GPIO库也对中断进行了封装，以下是使用例子，差别在于wiringPi支持多线程，允许在等待中断的时候干点别的。

• #!/usr/bin/env python2.7  
• # script by Alex Eames http://RasPi.tv/  
• # http://raspi.tv/2013/how-to-use- ... rry-pi-and-rpi-gpio  
• import RPi.GPIO as GPIO  
• GPIO.setmode(GPIO.BCM)  
•   
• # GPIO 25 set up as input. It is pulled up to stop false signals  
• GPIO.setup(25, GPIO.IN, pull_up_down=GPIO.PUD_UP)  
•   
• print "Make sure you have a button connected so that when pressed"  
• print "it will connect GPIO port 23 (pin 16) to GND (pin 6)\n"  
• raw_input("Press Enter when ready\n>")  
•   
• print "Waiting for falling edge on port 23"  
• # now the program will do nothing until the signal on port 23   
• # starts to fall towards zero. This is why we used the pullup  
• # to keep the signal high and prevent a false interrupt  
•   
• print "During this waiting time, your computer is not"   
• print "wasting resources by polling for a button press.\n"  
• print "Press your button when ready to initiate a falling edge interrupt."  
• while 1:
•     try:  
•         GPIO.wait_for_edge(25, GPIO.FALLING)  
•         print "\nFalling edge detected. Now your program can continue with"  
•         print "whatever was waiting for a button press."  
•     except KeyboardInterrupt:  
•         GPIO.cleanup()       # clean up GPIO on CTRL+C exit  
• GPIO.cleanup()           # clean up GPIO on normal exit  
  

参考链接

• https://projects.drogon.net/raspberry-pi/wiringpi/functions/
• http://raspi.tv/2013/how-to-use-interrupts-with-python-on-the-raspberry-pi-and-rpi-gpio
  

ukonline2000

RPI.GPIO库0.4的版本好像就支持 GPIO.wait_for_edge函数了，但是不知道函数底层是如何实现的，总觉得这不是中断，而是像软件一直在循环检测直到沿的触发，而不是硬件中断返回