友善RK3399/NanoPC-T4开发板wiringPi的C语言访问GPIO外设实例讲解 -【申嵌视频】

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1 wiringPi简介

wiringPi库最早是由Gordon Henderson所编写并维护的一个用C语言写成的类库，除了GPIO库，还包括了I2C库、SPI库、UART库和软件PWM库等，由于wiringPi的API函数和arduino非常相似，这也使得它广受欢迎。
wiringPi库除了提供wiringPi类库及其头文件外，还提供了一个命令行工具gpio：可以用来设置和读写GPIO管脚，以方便在Shell脚本中控制GPIO管脚。

wiringPi库最初是为BCM2835芯片编写的，现已移植到FriendlyELEC-RK3399平台，目前支持NanoPi M4、NanoPi NEO4、和NanoPC-T4开发板。

当前提供的WiringPi版本：2.44
WiringPi项目主页: http://wiringpi.com

我们同时为FriendlyELEC-RK3399平台提供了wiringPi的Python版本，请前往这里查看: WiringPi-Python for RK3399/zh

2 支持的OS

• FriendlyCore
• FriendlyDesktop

注：最新版本ROM中已经默认预装 wiringPi，也可以参照本文的方法手动安装

3 支持的开发板

• NanoPi M4、NanoPi NEO4、和NanoPC-T4

4 wiringPi在T4/M4/NEO4上的安装

通过ssh，或者串口终端进入开发板的命令行，用以下命令安装: 

# 删除旧的实现
wget http://112.124.9.243:8888/wiringpi/friendlyelec-rk3399/remove_oldversion_wiringPi.sh
chmod 755 remove_oldversion_wiringPi.sh
sudo ./remove_oldversion_wiringPi.sh
# 下载并安装wiringPi for RK3399
wget http://112.124.9.243:8888/wiringpi/friendlyelec-rk3399/wiringpi-v2.44-friendlyelec-rk3399.deb
sudo dpkg -i  wiringpi-v2.44-friendlyelec-rk3399.deb

4.1 测试安装

通过以下指令可以测试wiringPi是否安装成功:

gpio readall

如果安装成功会显示开发板的针脚布局，例如NanoPi M4会显示如下信息：

root@NanoPi-M4:~# gpio readall
 +------+-----+----------+------+ Model  NanoPi-M4 +------+----------+-----+------+
 | GPIO | wPi |   Name   | Mode | V | Physical | V | Mode |   Name   | wPi | GPIO |
 +------+-----+----------+------+---+----++----+---+------+----------+-----+------+
 |      |     |     3.3V |      |   |  1 || 2  |   |      | 5V       |     |      |
 |      |     | I2C2_SDA |      |   |  3 || 4  |   |      | 5V       |     |      |
 |      |     | I2C2_SCL |      |   |  5 || 6  |   |      | GND(0V)  |     |      |
 |   32 |   7 | GPIO1_A0 |  OUT | 0 |  7 || 8  |   | ALT  | GPIO4_C1 | 15  |  145 |
 |      |     |  GND(0V) |      |   |  9 || 10 |   | ALT  | GPIO4_C0 | 16  |  144 |
 |   33 |   0 | GPIO1_A1 |   IN | 0 | 11 || 12 | 1 | IN   | GPIO1_C2 | 1   |  50  |
 |   35 |   2 | GPIO1_A3 |   IN | 0 | 13 || 14 |   |      | GND(0V)  |     |      |
 |   36 |   3 | GPIO1_A4 |   IN | 0 | 15 || 16 | 0 | IN   | GPIO1_C6 | 4   |  54  |
 |      |     |     3.3V |      |   | 17 || 18 | 0 | IN   | GPIO1_C7 | 5   |  55  |
 |      |     | UART4_TX |      |   | 19 || 20 |   |      | GND(0V)  |     |      |
 |      |     | UART4_RX |      |   | 21 || 22 | 0 | IN   | GPIO1_D0 | 6   |  56  |
 |      |     | SPI1_CLK |      |   | 23 || 24 |   |      | SPI1_CSn |     |      |
 |      |     |  GND(0V) |      |   | 25 || 26 |   | ALT  | GPIO4_C5 | 11  |  149 |
 |      |     | I2C2_SDA |      |   | 27 || 28 |   |      | I2C2_SCL |     |      |
 |      |     | I2S0_LRX |      |   | 29 || 30 |   |      | GND(0V)  |     |      |
 |      |     | I2S0_LTX |      |   | 31 || 32 |   |      | I2S_CLK  |     |      |
 |      |     | I2S0_SCL |      |   | 33 || 34 |   |      | GND(0V)  |     |      |
 |      |     | I2S0SDI0 |      |   | 35 || 36 |   |      | I2S0SDO0 |     |      |
 |      |     | I2S0I1O3 |      |   | 37 || 38 |   |      | I2S0I2O2 |     |      |
 |      |     |  GND(0V) |      |   | 39 || 40 |   |      | I2S0I3O1 |     |      |
 +------+-----+----------+------+---+----++----+---+------+----------+-----+------+
root@NanoPi-M4:~#

5 wiringPi示例

将一个Matrix - LED通过连接至开发板，引脚的连接对应如下：

Matrix-LED是一个简单的发光二极管模块。3-Pin 2.54mm排针，V接电源，G接地，S信号通过一个三极管放大控制LED的导通或关闭。您可以向S输出静态的高低电平信号，也可以输出变化的PWM信号，信号电平可以是3.3V或5V。当您向S输出高电平时LED以最大亮度发光，低电平就完全熄灭，可变占空比的PWM信号可以调节发光的亮度。

5.1 工作原理

3-Pin 2.54mm排针，V接电源，G接地，S信号通过一个三极管放大控制LED的导通或关闭。您可以向S输出静态的高低电平信号，也可以输出变化的PWM信号，信号电平可以是3.3V或5V。当您向S输出高电平时LED以最大亮度发光，低电平就完全熄灭，可变占空比的PWM信号可以调节发光的亮度。

5.2 原理图

5.3 实物线路连接图

接下来我们用wiringPi实现一个LED闪烁的例子, 
在代码中使用数字7来操作Pin7这个引脚: 

5.4 C语言示例

创建一个C源文件：

vi test.c

然后键入如下代码:

#include <wiringPi.h>
int main(void)
{
  wiringPiSetup() ;
  pinMode (7, OUTPUT) ;
  for(;;)
  {
    digitalWrite(7, HIGH) ;
    delay (500) ;
    digitalWrite(7,  LOW) ;
    delay (500) ;
  }
}

编译test.c并运行：

gcc -Wall -o test test.c -lwiringPi -lwiringPiDev -lpthread -lrt -lm -lcrypt
sudo ./test

看到LED灯一闪一闪的，就表示成功了。

5.5 Shell示例

创建一个shell脚本：

vi test.sh

然后键入如下代码:

LED=7
gpio mode $LED out
while true; do
  gpio write $LED 1
  sleep 0.5
  gpio write $LED 0
  sleep 0.5
done

运行脚本：

source test.sh

会看到LED闪烁了。

5.6 Python示例

请前往这里查看: WiringPi-Python for RK3399/zh

6 wiringPi 常用API速查

6.1 初始化函数

6.1.1 wiringPiSetup (void)

该函数初始化wiringPi，并假定程序将使用wiringPi的管脚定义图。具体管脚映射，可以通过gpio readall命令来查看。
该函数需要root权限。

6.1.2 int wiringPiSetupGpio(void)

该函数和wiringPiSetup函数类似，区别在于假定程序使用的是CPU的GPIO管脚定义，而没有重新映射。
该函数需要root权限。

6.1.3 int wiringPiSetupPhys (void)

该函数和wiringPiSetup函数类似，区别在于不允许程序使用物理管脚定义，仅支持P1接口。
该函数需要root权限。

6.1.4 int wiringPiSetupSys (void)

该函数初始化wiringPi，使用/sys/class/gpio接口，而不是直接通过操作硬件来实现。
该函数可以使用非root权限用户，在此种模式下的管脚号是CPU的GPIO管脚号，和wiringPiSetupGpio函数类似。
在此种模式下，在运行程序前，您需要通过/sys/class/gpio接口导出要使用的管脚。
你可以在一个独立的shell脚本中来导出将要使用的管脚，或者使用系统的system()函数来调用GPIO命令。

6.2 核心函数

6.2.1 void pinMode (int pin, int mode)

使用该函数可以将某个引脚配置为INPUT(输入) OUTPUT（输出）PWM_OUTPUT（脉冲输出）或者GPIO_CLOCK（时钟）。
在Sys模式下，这个函数没有影响。
你可以通过调用GPIO命令在shell脚本中来设置管脚的模式。

6.2.2 void pullUpDnControl (int pin, int pud)

使用该函数可以设置指定管脚使用上拉或者下拉电阻模式，通常当需要管脚作为输入引脚时，需要设定此项。
不同于Arduino，CPU有内部上拉和下拉电阻这两种模式。
参数pud可以为PUD_OFF（无上拉或下拉电阻）、PUD_DOWN（内部下拉至地线）或者PUD_UP（内部上拉至3.3V）。
该函数在Sys模式下无作用。
如果你需要激活上拉或下拉电阻的话，在启动程序前，可以通过在脚本中调用GPIO命令来实现。

6.2.3 void digitalWrite (int pin, int value)

使用该函数可以向指定的管脚写入HIGH（高）或者LOW（低），写入前，需要将管脚设置为输出模式。
wiringPi将任何的非0值作为HIGH（高）来对待，因此，0是唯一能够代表LOW（低）的数值。

6.2.4 void pwmWrite (int pin, int value)

使用该函数可以将值写入指定管脚的PWM寄存器中，可设置的值为0~1024，其他PWM讴备可能有不同的PWM范围。
当在Sys模式时，该函数不可用来控制板上PWM。

6.2.5 digitalRead(int pin);

使用该函数可以读取指定管脚的值，读取到的值为HIGH（1）或者LOW（0），该值取决于该管脚的逻辑电平的高低。

6.2.6 analogRead (int pin) ;

该函数返回所指定的模拟输入管脚的值。你需要添加额外的模拟模块来使用该函数，比如Gertboard，quick2Wire模拟板等。

6.2.7 analogWrite (int pin, int value) ;

该函数将指定的值写入到指定的管脚。你需要添加额外的模拟模块来使用该函数，比如Gertboard等。

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