NanoPi NEO Air使用四：操作GPIO

Posted 2021-11-09 qlexcel

操作GPIO口有两种方式：一种是使用wiringPi库，通过C语言来控制；另一种是使用RPi.GPIO库，通过python来控制。

wiringPi库（C语言）

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，后被移植到Allwinner平台，针对NanoPi的wiringPi衍生版本其项目命名为WiringNP，目前支持NanoPi M1、NanoPi M1 Plus、NanoPi NEO、NanoPi NEO Air、NanoPi NEO2和NanoPi NEO Plus2开发板, 最初版本是由网友wertyzp提供的版本，而针对NEO2的H5版本由FriendlyELEC提供支持。

WiringNP项目主页: https://github.com/friendlyarm/WiringNP

WiringNP在NEO/NEO Air/NEO2/NEO Plus2上的安装

通过ssh，或者串口终端进入开发板的命令行，从 github 上下载WiringNP代码并编译安装:

git clone https://github.com/friendlyarm/WiringNP
cd WiringNP/
chmod 755 build
./build

测试安装

WiringNP包括一套gpio命令，使用gpio命令可以控制NanoPi上的各种接口，通过以下指令可以测试WiringNP是否安装成功:

gpio readall

如果安装成功会显示NanoPI的IO图：

root@ql:~/WiringNP# gpio readall
 +-----+-----+----------+------+---+-NanoPi-NEO-Air--+------+----------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name   | Mode | V | Physical | V | Mode | Name     | wPi | BCM |
 +-----+-----+----------+------+---+----++----+---+------+----------+-----+-----+
 |     |     |     3.3V |      |   |  1 || 2  |   |      | 5V       |     |     |
 |  12 |   8 |  GPIOA12 | ALT5 | 0 |  3 || 4  |   |      | 5V       |     |     |
 |  11 |   9 |  GPIOA11 | ALT5 | 0 |  5 || 6  |   |      | 0v       |     |     |
 | 203 |   7 |  GPIOG11 |  OFF | 0 |  7 || 8  | 0 | ALT5 | GPIOG6   | 15  | 198 |
 |     |     |       0v |      |   |  9 || 10 | 0 | ALT5 | GPIOG7   | 16  | 199 |
 |   0 |   0 |   GPIOA0 | ALT5 | 0 | 11 || 12 | 0 |  OUT | GPIOA6   | 1   | 6   |
 |   2 |   2 |   GPIOA2 |  OFF | 0 | 13 || 14 |   |      | 0v       |     |     |
 |   3 |   3 |   GPIOA3 |  OFF | 0 | 15 || 16 | 0 |  OFF | GPIOG8   | 4   | 200 |
 |     |     |     3.3v |      |   | 17 || 18 | 0 |  OFF | GPIOG9   | 5   | 201 |
 |  64 |  12 |   GPIOC0 | ALT4 | 0 | 19 || 20 |   |      | 0v       |     |     |
 |  65 |  13 |   GPIOC1 | ALT4 | 0 | 21 || 22 | 0 | ALT5 | GPIOA1   | 6   | 1   |
 |  66 |  14 |   GPIOC2 | ALT4 | 0 | 23 || 24 | 1 |  OUT | GPIOC3   | 10  | 67  |
 +-----+-----+----------+------+---+----++----+---+------+----------+-----+-----+
 | BCM | wPi |   Name   | Mode | V | Physical | V | Mode | Name     | wPi | BCM |
 +-----+-----+----------+------+---+-NanoPi-NEO-Air--+------+----------+-----+-----+

 +-----+----NanoPi-NEO-Air USB/Audio-+----+
 | BCM | wPi |   Name   | Mode | V | Ph |
 +-----+-----+----------+------+---+----+
 |     |     |       5V |      |   | 25 |
 |     |     |  USB-DP1 |      |   | 26 |
 |     |     |  USB-DM1 |      |   | 27 |
 |     |     |  USB-DP2 |      |   | 28 |
 |     |     |  USB-DM2 |      |   | 29 |
 |     |     |    IR-RX |      |   | 30 |
 |  17 |  19 |  GPIOA17 |  OFF | 0 | 31 |
 |     |     |  PCM/I2C |      |   | 32 |
 |     |     |  PCM/I2C |      |   | 33 |
 |     |     |  PCM/I2C |      |   | 34 |
 |     |     |  PCM/I2C |      |   | 35 |
 |     |     |       0V |      |   | 36 |
 +-----+-----+----------+------+---+----+

 +-----+----NanoPi-NEO-Air Debug UART-+----+
 | BCM | wPi |   Name   | Mode | V | Ph |
 +-----+-----+----------+------+---+----+
 |   4 |  17 |   GPIOA4 | ALT5 | 0 | 37 |
 |   5 |  18 |   GPIOA5 | ALT5 | 0 | 38 |
 +-----+-----+----------+------+---+----+

C语言示例

把LED灯接到板子上，连接关系如下：

Matrix-LED	NanoPi
S	Pin7
V	Pin4
G	Pin6

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 -lpthread
sudo ./test

看到LED灯一闪一闪的，就表示成功了。

要让灯停止闪烁，输入CRTL+C即可。

PWM示例

PWM在NanoPi NEO/NEO2上的针脚与SerialPort0是复用的，所以你需要先执行 sudo npi-config 命令，进入Advanced Options菜单，执行其中的Enable/Disable PWM操作，将PWM针脚启用后，方可使用PWM功能，注意，在启用PWM之后，SerialPort0接口将不可使用，所以你需要使用ssh终端来进行操作。

以NanoPi NEO2为例，参照下图将一个Matrix - Buzzer配置连接至NanoPi NEO2：
WiringNP-PWM-Demo
然后，创建一个C源文件：

vi pwmtest.c

然后键入如下代码:

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
int main (void)
{
  int l ;
  printf ("PWM test program\\n") ;
 
  //using wiringPi Pin Number
  int pin = 18;              
  if (wiringPiSetup () == -1)
    exit (1) ;               
 
  /*
  //using Physical Pin Number
  int pin = 38;              
  if (wiringPiSetupPhys() == -1)
    exit (1) ;                  
  */                            
 
  /*
  //using BCM Pin Number
  int pin = 5;          
  if (wiringPiSetupGpio() == -1)
    exit (1);                   
  */                            
 
  pinMode (pin, PWM_OUTPUT);
  for (;;) {                      
    for (l = 0 ; l < 1024 ; ++l) {
      pwmWrite (pin, l) ;         
      delay (1) ;        
    }                              
    for (l = 1023 ; l >= 0 ; --l) {
      pwmWrite (pin, l) ;          
      delay (1) ;        
    }            
  }         
  return 0 ;
}

编译pwmtest.c并运行：

gcc -Wall -o pwmtest pwmtest.c -lwiringPi -lpthread
sudo ./pwmtest

可听到PWM蜂鸣器响起。

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：

sudo source test.sh

会看到LED闪烁了。

要让灯停止闪烁，输入CRTL+C即可。

WiringNP 常用API速查

5.1 初始化函数

• 5.1.1 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。

• 5.1.2 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。

• 5.1.3 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。

• 5.1.4 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。

5.2 核心函数

• 5.2.1 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。

• 5.2.2 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）。
在NanoPi M1上，内部上拉和下拉电阻有接近100KΩ。
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。

• 5.2.3 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。

• 5.2.4 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。

• 5.2.5 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。

• 5.2.6 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。

• 5.2.7 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。

RPi.GPIO库（python）

RPi.GPIO_NP简介

为了更方便地用python来控制GPIO，NanoPi H3/H5系列的开发板的FriendlyCore系统中已经预装了RPi.GPIO。
RPi.GPIO是 RaspberryPi 知名的python类库，其作用主要是用来控制GPIO，我们将它移植到了NanoPi H3/H5系列的开发板，并给它起了一个名字叫：RPi.GPIO_NP。
RPi.GPIO_NP的接口基本遵循原作RPi.GPIO，所以你可以参考RPi.GPIO的文档：https://pypi.python.org/pypi/RPi.GPIO

RPi.GPIO_NP安装

RPi.GPIO_NP已经预装在 2017/06/05 之后的 FriendlyCore系统中，无需安装。

Python语言示例

把LED灯接到板子上，连接关系如下：

Matrix-LED	NanoPi
S	Pin7
V	Pin4
G	Pin6

创建一个Python源文件：

vi led.py

然后键入如下代码:

#!/usr/bin/env python
import RPi.GPIO as GPIO
import time
PIN_NUM = 7
 
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(PIN_NUM,GPIO.OUT)
while True:
        GPIO.output(PIN_NUM,True)
        time.sleep(1)
        GPIO.output(PIN_NUM,False)
        time.sleep(1)

运行led.py：

chmod +x led.py
sudo ./led.py

看到LED灯一闪一闪的，就表示成功了。

要让灯停止闪烁，输入CRTL+C即可。