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树莓派wiringPi库详解
wiringPi是一个很棒的树莓派控制API,使用C语言开发,提供了丰富的接口:GPIO控制,中断,多线程,等等。java 的pi4j项目也是基于wiringPi的,我最近也在看源代码,到时候整理好了会放出来的。
下面开始wiringPi之旅吧!
安装
进入 wiringPi的github (https://git.drogon.net/?p=wiringPi;a=summary) 下载安装包。点击页面的第一个链接的右边的snapshot,下载安装压缩包。
然后进入安装包所在的目录执行以下命令:
>tar xfz wiringPi-98bcb20.tar.gz //98bcb20为版本标号,可能不同
>cd wiringPi-98bcb20
>./build
验证wiringPi的是否安装成功,输入gpio -v,会在终端中输出相关wiringPi的信息。否则安装失败。
编译 和运行
假如你写了一个LEDtest.c 的项目,则如下。
编译: g++ -Wall -o LEDtest LEDtest.cpp -lwiringPi //使用C++编程 , -Wall 是为了使能所有警告,以便发现程序中的问题 gcc -Wall -o LEDtest LEDtest.c -lwiringPi //使用C语言编程 运行: sudo ./LEDtest
查看引脚编号表格
gpio readall
也可以查看下面的图。
注意:查看时,将树莓派的USB接口面对自己,这样看才是正确的。
wiringPi库API大全
在使用wiringPi库时,你需要包含头文件:#include<wiringPi.h>。凡是写wiringPi的程序,都包含这个头文件。
硬件初始化函数
使用wiringPi时,你必须在执行任何操作前初始化树莓派,否则程序不能正常工作。
可以调用下表函数之一进行初始化,它们都会返回一个int , 返回 -1 表示初始化失败。
int wiringPiSetup (void) | 返回:执行状态,-1表示失败 |
当使用这个函数初始化树莓派引脚时,程序使用的是wiringPi 引脚编号表。引脚的编号为 0~16 需要root权限 |
int wiringPiSetupGpio (void) | 返回执行状态,-1表示失败 |
当使用这个函数初始化树莓派引脚时,程序中使用的是BCM GPIO 引脚编号表。 需要root权限 |
wiringPiSetupPhys(void) | 不常用,不做介绍 | / |
wiringPiSetupSys (void) ; | 不常用,不做介绍 | / |
通用GPIO控制函数
void pinMode (int pin, int mode) |
pin:配置的引脚 mode:指定引脚的IO模式 可取的值:INPUT、OUTPUT、PWM_OUTPUT,GPIO_CLOCK
|
只有wiringPi编号下的7(BCM下的4号)支持GPIO_CLOCK输出 |
void digitalWrite (int pin, int value) |
pin:控制的引脚 value:引脚输出的电平值。 可取的值:HIGH,LOW分别代表高低电平 |
让对一个已近配置为输出模式的 引脚 输出指定的电平信号 |
int digitalRead (int pin) |
pin:读取的引脚 返回:引脚上的电平,可以是LOW HIGH 之一 |
读取一个引脚的电平值 LOW HIGH ,返回 |
void analogWrite(int pin, int value) |
pin:引脚 value:输出的模拟量 |
模拟量输出 树莓派的引脚本身是不支持AD转换的,也就是不能使用模拟量的API, 需要增加另外的模块 |
int analogRead (int pin) |
pin:引脚 返回:引脚上读取的模拟量 |
模拟量输入 树莓派的引脚本身是不支持AD转换的,也就是不能使用模拟量的API, 需要增加另外的模块 |
void pwmWrite (int pin, int value) |
pin:引脚 value:写入到PWM寄存器的值,范围在0~1024之间。 |
输出一个值到PWM寄存器,控制PWM输出。 pin只能是wiringPi 引脚编号下的1脚(BCM下的18脚) |
void pullUpDnControl (int pin, int pud) |
pin:引脚 pud:拉电阻模式 可取的值:PUD-OFF 关闭拉电阻 |
对一个设置IO模式为 INPUT 的输入引脚设置拉电阻模式。 与Arduino不同的是,树莓派支持的拉电阻模式更丰富。 树莓派内部的拉电阻达50K欧姆 |
LED闪烁程序
#include<iostream> #include<cstdlib> #include<wiringPi.h> const int LEDpin = 1; int main() { if(-1==wiringPiSetup()) { cerr<<"setup error\n"; exit(-1); } pinMode(LEDpin,OUTPUT); for(size_t i=0;i<10;++i) { digitalWrite(LEDpin,HIGH); delay(600); digitalWrite(LEDpin,LOW); delay(600); } cout<<"------------bye-------------"<<endl; return 0; }
PWM输出控制LED呼吸灯的例子
#include<iostream> #include<wiringPi.h> #include<cstdlib> using namespace std; const int PWMpin = 1; //只有wiringPi编号下的1脚(BCM标号下的18脚)支持 void setup(); int main() { setup(); int val = 0; int step = 2; while(true) { if(val>1024) { step = -step; val = 1024; } else if(val<0) { step = -step; val = 0; } pwmWrite(PWMpin,val); val+=step; delay(10); } return 0; } void setup() { if(-1==wiringPiSetup()) { cerr<<"setup error\n"; exit(-1); } pinMode(PWMpin,PWM_OUTPUT); }
时间控制函数
unsigned int millis (void) | 这个函数返回 一个 从你的程序执行 wiringPiSetup 初始化函数(或者wiringPiSetupGpio ) 到 当前时间 经过的 毫秒数。 返回类型是unsigned int,最大可记录 大约49天的毫秒时长。 |
unsigned int micros (void) | 这个函数返回 一个 从你的程序执行 wiringPiSetup 初始化函数(或者wiringPiSetupGpio ) 到 当前时间 经过的 微秒数。 返回类型是unsigned int,最大可记录 大约71分钟的时长。 |
void delay (unsigned int howLong) | 将当前执行流暂停 指定的毫秒数。因为Linux本身是多线程的,所以实际暂停时间可能会长一些。参数是unsigned int 类型,最大延时时间可达49天 |
void delayMicroseconds (unsigned int howLong) | 将执行流暂停 指定的微秒数(1000微秒 = 1毫秒 = 0.001秒)。 因为Linux本身是多线程的,所以实际暂停时间可能会长一些。参数是unsigned int 类型,最大延时时间可达71分钟 |
中断
wiringPi提供了一个中断处理注册函数,它只是一个注册函数,并不处理中断。他无需root权限。
int wiringPiISR (int pin, int edgeType, void (*function)(void)) |
返回值:返回负数则代表注册失败 pin:接受中断信号的引脚 edgeType:触发的方式。 INT_EDGE_FALLING:下降沿触发 function:中断处理函数的指针,它是一个无返回值,无参数的函数。 |
注册的函数会在中断发生时执行 和51单片机不同的是:这个注册的中断处理函数会和main函数并发执行(同时执行,谁也不耽误谁) 当本次中断函数还未执行完毕,这个时候树莓派又触发了一个中断,那么这个后来的中断不会被丢弃,它仍然可以被执行。但是wiringPi最多可以跟踪并记录后来的仅仅1个中断,如果不止1个,则他们会被忽略,得不到执行。 |
通过1脚检测 因为按键按下引发的 下降沿,触发中断,反转11控制的LED
#include<iostream> #include<wiringPi.h> #include<cstdlib> using namespace std; void ButtonPressed(void); void setup(); /********************************/ const int LEDPin = 11; const int ButtonPin = 1; /*******************************/ int main() { setup(); //注册中断处理函数 if(0>wiringPiISR(ButtonPin,INT_EDGE_FALLING,ButtonPressed)) { cerr<<"interrupt function register failure"<<endl; exit(-1); } while(1) ; return 0; } void setup() { if(-1==wiringPiSetup()) { cerr<<"wiringPi setup error"<<endl; exit(-1); } pinMode(LEDPin,OUTPUT); //配置11脚为控制LED的输出模式 digitalWrite(LEDPin,LOW); //初始化为低电平 pinMode(ButtonPin,INPUT); //配置1脚为输入 pullUpDnControl(ButtonPin,PUD_UP); //将1脚上拉到3.3v } //中断处理函数:反转LED的电平 void ButtonPressed(void) { digitalWrite(LEDPin, (HIGH==digitalRead(LEDPin))?LOW:HIGH ); }
多线程
wiringPi提供了简单的Linux系统下的通用的 Posix threads线程库接口来支持并发。
int piThreadCreate(name) |
name:被包装的函数 返回:状态码。返回0表示成功启动,反之失败。 |
包装一个用PI_THEEAD定义的函数为一个线程,并启动这个线程。 首先你需要通过以下方式创建一个特特殊的函数,这个函数中的代码就是在新的线程中将执行的代码。,myTread是你自己线程的名字,可自定义。
|
piLock(int keyNum) | keyNum:0-3的值,每一个值代表一把锁 |
使能同步锁。wiringPi只提供了4把锁,也就是keyNum只能取0~3的值,官方认为有这4把锁就够了。 keyNum:0,1,2,3,4.每一个数字就代表一把锁。 源代码: void piLock (int keyNum)
|
piUnlock(int keyNum) | keyNum:0-3的值,每一个值代表一把锁 |
解锁,或者说让出锁。 源代码: void piUnlock (int key) |
int piHiPri (int priority) |
priority:优先级指数,0~99 返回值:0,成功 -1:,失败 |
设定线程的优先级,设定线程的优先级变高,不会使程序运行加快,但会使这个线程获得相当更多的时间片。priority是相对的。比如你的程序只用到了主线程, 和另一个线程A,主线程设定优先级为1,A线程设定为2,那也代表A比main线程优先级高。 |
凡是涉及到多线程编程,就会涉及到线程安全的问题,多线程访问同一个数据,需要使用同步锁来保障数据操作正确性和符合预期。
当A线程锁上 锁S 后,其他共用这个锁的竞争线程,只能等到锁被释放,才能继续执行。
成功执行了piLock 函数的线程将拥有这把锁。其他线程想要拥有这把锁必须等到这个线程释放锁,也就是这个线程执行piUnlock后。
同时要扩展的知识是:volatile 这个C/C++中的关键字,它请求编译器不缓存这个变量的数据,而是每次都从内存中读取。特别是在多线程下共享放变量,必须使用volatile关键字声明才是保险的。
softPwm,软件实现的PWM
树莓派硬件上支持的PWM输出的引脚有限,为了突破这个限制,wiringPi提供了软件实现的PWM输出API。
需要包含头文件:#include <softPwm.h>
编译时需要添pthread库链接 -lpthread
int softPwmCreate (int pin, int initialValue, int pwmRange) |
pin:用来作为软件PWM输出的引脚 initalValue:引脚输出的初始值 pwmRange:PWM值的范围上限 建议使用100. 返回:0表示成功。 |
使用一个指定的pin引脚创建一个模拟的PWM输出引脚 |
void softPwmWrite (int pin, int value) |
pin:通过softPwmCreate创建的引脚 value:PWM引脚输出的值 |
更新引脚输出的PWM值 |
串口通信
使用时需要包含头文件:#include <wiringSerial.h>
int serialOpen (char *device, int baud) |
device:串口的地址,在Linux中就是设备所在的目录。 默认一般是"/dev/ttyAMA0",我的是这样的。 baud:波特率 返回:正常返回文件描述符,否则返回-1失败。 |
打开并初始串口 |
void serialClose (int fd) |
fd:文件描述符 | 关闭fd关联的串口 |
void serialPutchar (int fd, unsigned char c) |
fd:文件描述符 c:要发送的数据 |
发送一个字节的数据到串口 |
void serialPuts (int fd, char *s) |
fd:文件描述符 s:发送的字符串,字符串要以‘\0‘结尾 |
发送一个字符串到串口 |
void serialPrintf (int fd, char *message, …) |
fd:文件描述符 message:格式化的字符串 |
像使用C语言中的printf一样发送数据到串口 |
int serialDataAvail (int fd) |
fd:文件描述符 返回:串口缓存中已经接收的,可读取的字节数,-1代表错误 |
获取串口缓存中可用的字节数。 |
int serialGetchar (int fd) |
fd:文件描述符 返回:读取到的字符 |
从串口读取一个字节数据返回。 如果串口缓存中没有可用的数据,则会等待10秒,如果10后还有没,返回-1 所以,在读取前,做好通过serialDataAvail判断下。 |
void serialFlush (int fd) |
fd:文件描述符 |
刷新,清空串口缓冲中的所有可用的数据。 |
*size_t write (int fd,const void * buf,size_t count) |
fd:文件描述符 buf:需要发送的数据缓存数组 count:发送buf中的前count个字节数据 返回:实际写入的字符数,错误返回-1 |
这个是Linux下的标准IO库函数,需要包含头文件#include <unistd.h> 当要发送到的数据量过大时,wiringPi建议使用这个函数。 |
*size_t read(int fd,void * buf ,size_t count); |
fd:文件描述符 buf:接受的数据缓存的数组 count:接收的字节数. 返回:实际读取的字符数。 |
这个是Linux下的标准IO库函数,需要包含头文件#include <unistd.h> 当要接收的数据量过大时,wiringPi建议使用这个函数。 |
初次使用树莓派串口编程,需要配置。我开始搞了很久,以为是程序写错了 还一直在调试。。。(~ ̄— ̄)~
/* 修改 cmdline.txt文件 */ >cd /boot/ >sudo vim cmdline.txt
删除【】之间的部分 dwc_otg.lpm_enable=0 【console=ttyAMA0,115200】 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait /*修改 inittab文件 */ >cd /etc/ >sudo vim inittab 注释掉最后一行内容:,在前面加上 # 号 #T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100 sudo reboot 重启
下面是双机通信的一个例子
C51代码,作为串口通信的接发送。serial库请看另一篇文章
#include<reg52.h> #include"serial.h" /**********function****************/ bit isOpenPressed(void); bit isClosePressed(void); void delay(unsigned int t); /*********************************/ sbit closeButton = P2^0; //与关闭按键相连的引脚 sbit openButton = P2^1; //与打开按键相连的引脚 void main(void) { closeButton = 1; //拉高 openButton = 1; //拉高 EA =1; //打开总中断 serial_init(9600); //初始化51串口 while(1) { if(isClosePressed()) //如果关闭按钮按下 { serial_write(0); //发送数据 0给树莓派 delay(10); } else if(isOpenPressed()) //如果打开按钮按下 { serial_write(1); //发送数据 1给树莓派 delay(10); } } } bit isOpenPressed(void) { bit press =0; if(0==openButton) { delay(5); if(0==openButton) { while(!openButton) ; press = 1; } } return press; } bit isClosePressed(void) { bit press =0; if(0==closeButton) { delay(5); if(0==closeButton) { while(!closeButton) ; press = 1; } } return press; } void delay(unsigned int t) { unsigned int i ; unsigned char j; for(i = t;i>0;i--) for(j=120;j>0;j--) ; }
树莓派代码,作为串口通信的接收方
#include<iostream> #include<cstdlib> #include<wiringPi.h> #include<wiringSerial.h> using namespace std; void setup(); const int LEDPin = 11; int main() { setup(); int fd; //Linux 的思想是:将一切IO设备,都看做 文件,fd就是代表串口抽象出来的文件 if((fd = serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600))==-1) //初始化串口,波特率9600 { cerr<<"serial open error"<<endl; exit(-1); } while(true) { if(serialDataAvail(fd) >= 1) //如果串口缓存中有数据 { int data =http://www.mamicode.com/ serialGetchar(fd); if(data=http://www.mamicode.com/=0) //接受到51发送的 数据 0 { // close led digitalWrite(LEDPin,LOW); } else if(data=http://www.mamicode.com/=1) //接受到51发送的 数据 1 { //open led digitalWrite(LEDPin,HIGH); } } } return 0; } void setup() { if(-1==wiringPiSetup()) { cerr<<"set up error"<<endl; exit(-1); } pinMode(LEDPin,OUTPUT); digitalWrite(LEDPin,HIGH); }
shift移位寄存器芯片API
需要包含头文件 #include <wiringShift.h>
void shiftOut (uint8_t dPin, uint8_t cPin, uint8_t order, uint8_t val) |
dPin:移位芯片的串行数据入口引脚,比如74HC595的SER脚 cPin:移位芯片的时钟引脚。如74HC595的11脚 order: LSBFIRST 先发送数据的低位 MSBFIRST先发送数据的高位
val:要发送的8位数据 |
将val串化,通过芯片转化为并行输出 如常见的74HC595 |
uint8_t shiftIn (uint8_t dPin, uint8_t cPin, uint8_t order) |
同上。 |
将并行数据,通过芯片转化为串行输出。 |
用过595的都知道还有一个引脚:12脚,Rpin,用于把移位寄存器中的数据更新到存储寄存器中,然后wiringPi的API中没有使用这个引脚。我建议使用的时候自己加上。
#include<iostream> #include<wiringPi.h> #include <wiringShift.h> #include<cstdlib> using namespace std; const int SERpin = 1; //serial data input const int SCKpin = 2; //shift register clock const int RCKpin = 3; // storage register clock /************************/ void setup(); /*************************/ int main() { setup(); for(int i=0;i<8;++i) { digitalWrite(RCKpin,LOW); shiftOut(SERpin,SCKpin,LSBFIRST,1<<i); digitalWrite(RCKpin,HIGH); delay(800); } return 0; } void setup() { if(-1==wiringPiSetup()) { cerr<<"setup error\n"; exit(-1); } pinMode(SERpin,OUTPUT); pinMode(RCKpin,OUTPUT); pinMode(SCKpin,OUTPUT); }
树莓派硬件平台特有的API
并没有列全,我只是列出了相对来说有用的,其他的,都基本不会用到。
pwmSetMode (int mode) |
mode:PWM运行模式 |
设置PWM的运行模式。 pwm发生器可以运行在2种模式下,通过参数指定: |
pwmSetRange (unsigned int range) |
range,范围的最大值 0~range |
设置pwm发生器的数值范围,默认是1024 |
pwmSetClock (int divisor) | This sets the divisor for the PWM clock. To understand more about the PWM system, you’ll need to read the Broadcom ARM peripherals manual. |
|
piBoardRev (void) |
返回:树莓派板子的版本编号 1或者2 |
/ |
就这样,以后会更新。
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代码钢琴家
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树莓派wiringPi库详解