iMX287A多种方法实现流水灯效果
- 2020 年 3 月 4 日
- 筆記
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1.流水灯在电子电路中的地位
记得第一次接触单片机时，还是用的AT89S52单片机，第1个程序就是点亮一个LED，然后再实现LED流水灯的效果。在这个过程中，可以了解整个程序的结构，GPIO的使用，延时的使用等。可以说单片机学习中的点灯，就相当于C语言中的"Hello World"！好的，我们来看一下在ARM Linux下如何控制GPIO。
2.硬件电路分析
点灯的根本是控制LED对应GPIO输出高低电平，那要控制哪个GPIO呢？这就需要查看原理图，看LED是连接到了哪个GPIO管脚。
iMX287的扩展板AP-283Demo原理图中，LED的驱动电路：
与连接器的连接关系：
这里我们把：4个LED的管脚和J8C的４个管脚使用跳线帽短接起来，即
J8A_1=LED1 -> J8C_1=IO3.26 J8A_2=LED2 -> J8C_2=IO3.22 J8A_3=LED3 -> J8C_3=IO3.20 J8A_4=LED4 -> J8C_4=IO2.7即：
GPIO3_26 = LED1 GPIO3_22 = LED2 GPIO3_20 = LED3 GPIO2_7 = LED4所以，我们只需要控制这几个GPIO的高低电平，可以控制LED了。
连接方式：
3.先点个灯吧
iMX28 系列处理器的 IO 端口分为 7 个 BANK，其中 BANK0~4 具有 GPIO 功能，每个BANK 具有 32 个 I/O。iMX283 部分 BANK 的引脚不支持 GPIO 功能，具体需要参考《IMX28CEC_Datasheet.pdf》手册。在导出 GPIO 功能引脚时，需要先计算 GPIO 引脚的排列序号，其序号计算公式:
GPIO序号 = Bank * 32 + N #LED对应的序号 LED1 -> GPIO3_26 = 3 * 32 + 26 = 122 LED2 -> GPIO3_22 = 3 * 32 + 22 = 118 LED3 -> GPIO3_20 = 3 * 32 + 20 = 116 LED4 -> GPIO2_7 = 2 * 32 + 7 = 71串口或SSH登录开发板之后，通过如下过程可导出对应GPIO的功能，以LED1对应的122为例：
#进入到gpio驱动所在的文件夹 cd /sys/class/gpio #生成LED1操作的相关文件 echo 122 > export #进入到LED1控制文件夹 cd gpio122 #设置GPIO为输出方向 echo out > direction #查看当前GPIO的输入输出方向 cat direction #设置GPIO输出0点亮LED echo 0 > value #查看当前GPIO的输出状态 cat value #设置GPIO输出1熄灭LED echo 1 > value #查看当前GPIO的输出状态在这里，就体现了Linux系统下一切皆文件的含义。
这样，就实现了某个GPIO输出高低电平的目的，其他LED的控制，只需要修改对应的序号即可。
如果想取消LED1的GPIO功能，可以通过如下命令实现：
echo 122 > unexport
当然，如果是读取输入，如按键等，就设置方向为in输入，通过cat value来读取输入的状态。
4.shell脚本实现流水灯
好了，知道了如何实现GPIO的控制，那么如何方便、快捷的执行以上步骤呢？我们这里先介绍一种通过shell脚本的方式控制LED实现流水灯的效果：
#在home目录新建led_blink.sh脚本文件 touch led_blink.sh #输入控制LED实现流水灯效果的代码 vi led_blink.shled_blink.sh的文件内容：
#!/bin/bash #LED对应的GPIO led1_pin=122 led2_pin=118 led3_pin=116 led4_pin=71 #echo $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin #GPIO操作文件如果不存在则创建,否则不创建 for pin in $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin do #如果文件夹存在 if [ ! -d "/sys/class/gpio/gpio$pin/" ]; then echo $pin > /sys/class/gpio/export else echo "$pin dir exist!" fi done #GPIO方向设置为输出 for pin in $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin do echo out > /sys/class/gpio/gpio$pin/direction done #死循环 while true do #GPIO输出0/1 for pin in $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin do echo "点亮$pin" echo 0 > /sys/class/gpio/gpio$pin/value sleep 1 echo "熄灭$pin" echo 1 > /sys/class/gpio/gpio$pin/value done done保存退出之后，通过如下命令执行这个脚本：
#添加可执行权限 chmod +x led_blink.sh #执行脚本文件 ./led_blink.sh然后就可以看到流水灯效果了：
这种方式，没什么高深的技术，就是把之前通过一行一行的命令，转换成了自动化的脚本文件。为了写这种shell脚本，需要学习一些基本的shell语法。下面我们来介绍两种比较通用的方法，通过C语言文件读写的方式来实现流水灯效果。
5.ANSI C文件操作实现流水灯
只使用标准ANSI C文件操作来实现流水灯效果。标准C语言操作，常用的函数有
fopen/fclose/fwrite/fread/fseek等。无论是Linux还是Windows都是通用的。
/* ANSI C文件操作实现流水灯 By whik */ //包含printf和sleep等 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define LED1_PIN 122 #define LED2_PIN 118 #define LED3_PIN 116 #define LED4_PIN 71 #define GPIO_PATH "/sys/class/gpio/" int main(void) { int led_table[4] = {LED1_PIN, LED2_PIN, LED3_PIN, LED4_PIN}; char path[100]; char cmd_export[100]; int i; char *str; FILE *fp; //文件指针 int cnt_w; //写入的字节数 //判断LED对应的操作文件夹是否存在，不存在自动创建 for(i = 0; i < 4; i++) { sprintf(path, "%sgpio%d", GPIO_PATH, led_table[i]); //sys/class/gpio/gpio122 if (!access(path, 0)) printf("%s 文件夹存在n", path); else { printf("%s 文件夹不存在n", path); sprintf(cmd_export, "echo %d > %sexport", led_table[i], GPIO_PATH);//echo 122 > /sys/class/gpio/export system(cmd_export); //执行export命令 if(!access(path, 0)) //访问文件夹,确认创建成功 printf("%s 导出成功n", path); else return -1; } } //设置输出方向 for(i = 0; i < 4; i++) { sprintf(path, "%sgpio%d/direction", GPIO_PATH, led_table[i]); fp = fopen(path, "r+"); if(fp != NULL) //打开成功 { printf("%s 打开成功n", path); cnt_w = fwrite("out", 3, 1, fp); if(cnt_w == EOF) { printf("方向写入失败n"); return -1; } else printf("方向写入成功n"); fclose(fp); //文件关闭 } else { printf("%s 文件打开失败n", path); return -1; } } //流水灯效果 while(1) { for(i = 0; i < 4; i++) { sprintf(path, "%sgpio%d/value", GPIO_PATH, led_table[i]); fp = fopen(path, "w+"); if(fp != NULL) { fwrite("0", 1, 1, fp); fseek(fp, 0, SEEK_SET); //重新定位到文件起始 printf("%s 写入0n", path); sleep(1); fwrite("1", 1, 1, fp); printf("%s 写入1n", path); fseek(fp, 0, SEEK_SET); fclose(fp); } else { printf("%s 文件打开失败n", path); } } } return 0; }实现原理和之前的shell脚本也是一样的思路：
- 先判断LED对应的GPIO操作文件是否导出，如果没有导出则执行导出命令，否则不执行。
- 循环的方式，依次设置4个LED的方向为输出
- 循环的方式，控制4个GPIO的输出高低电平，外面是一个死循环
6.Linux 系统调用实现流水灯
Linux系统调用，常用的文件IO操作函数有open/close/read/write/lseek/ulink等。函数用法也很简单，和标准C语言用法几乎一样，这里不再介绍。
/* Linux 系统函数实现流水灯 */ //涉及到设备操作的,需包含以下头文件 #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> //包含close/read/write/lseek等函数 #include <unistd.h> //包含printf/sprintf函数 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #define LED1_PIN 122 #define LED2_PIN 118 #define LED3_PIN 116 #define LED4_PIN 71 #define GPIO_PATH "/sys/class/gpio/" int main(void) { int led_table[4] = {LED1_PIN, LED2_PIN, LED3_PIN, LED4_PIN}; char path[100]; char cmd_export[100]; int i; char *str; int fd; int cnt_w; //写入的字节数 //判断LED对应的操作文件夹是否存在，不存在自动创建 for(i = 0; i < 4; i++) { sprintf(path, "%sgpio%d", GPIO_PATH, led_table[i]); //sys/class/gpio/gpio122 if (!access(path, 0)) printf("%s 文件夹存在n", path); else { printf("%s 文件夹不存在n", path); sprintf(cmd_export, "echo %d > %sexport", led_table[i], GPIO_PATH);//echo 122 > /sys/class/gpio/export system(cmd_export); //执行export命令 if(!access(path, 0)) //访问文件夹,确认创建成功 printf("%s 导出成功n", path); else return -1; } } //设置输出方向 for(i = 0; i < 4; i++) { sprintf(path, "%sgpio%d/direction", GPIO_PATH, led_table[i]); fd = open(path, O_RDWR); //linux系统函数,失败返回-1 if(fd != -1) //打开成功 { printf("%s 打开成功n", path); cnt_w = write(fd, "out", 3); //linux系统函数 if(cnt_w <= 0) { printf("方向写入失败n"); return -1; } else printf("方向写入成功n"); close(fd); //linux系统函数,成功返回0 } else { printf("%s 文件打开失败n", path); return -1; } } //流水灯效果 while(1) { for(i = 0; i < 4; i++) { sprintf(path, "%sgpio%d/value", GPIO_PATH, led_table[i]); fd = open(path, O_RDWR); //linux系统函数 if(fd != -1) { write(fd, "0", 1); lseek(fd, 0, SEEK_SET); //重新定位到文件起始 printf("%s 写入0n", path); sleep(1); write(fd, "1", 1); printf("%s 写入1n", path); lseek(fd, 0, SEEK_SET); close(fd); } else { printf("%s 文件打开失败n", path); } } } return 0; } 实现过程也很简单，就是对文件的读写，Linux下一切皆文件的含义你理解了吗？
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