【.NET 與樹莓派】使用 GPIO 庫
上回老周在說準備工作的時候，提到過樹莓派用金屬盒散熱的事情。有朋友會說，加了金屬盒子接線不方便，就算用了「T」形板，畢竟是把導線延長了的。其實擴展板就是把原有的引腳引出（類似於延長），有的引出後使用並聯電路來「複製」出幾套接口。所以你買一塊插孔多的麵包板，自己也可以並聯出許多擴展接口來，何況樹莓派好一點的擴展板也比較貴。
如果你不運行桌面，不看島國片，只是執行命令和運行代碼，完全不用散熱措施。老周直接用裸板試驗過，只是運行程序的話，溫度平均在 40 度上下，受室溫影響不是很大，夏天的時候會高2度。這個溫度問題不大，掛不了。70 度以上才要考慮散熱。
最簡單的散熱方案是貼散熱片，不過你不要貼歪了，想撕下來再貼一次好像不那麼容易，弄不好可能會把芯片扯壞。曾經還聽說有人把處理器扯下來的，不知道是真是假。另外，加個小風扇的方式應該挺好，有點噪音也沒關係的（不要像轟炸機就行）。
好，現在說正題。我們知道，樹莓派有許多 GPIO 引腳，通用方式是發出，或者接收電平信號。信號就是兩種——高電平 or 低電平。我們可以簡單地認為，高電平是 3.3 V 電壓，低電平是 0V 電壓，更深層的電路原理你可以不理會，不影響你編程。
為什麼是高電平和低電平兩個信號呢？嗯，問得真TM地好。你想一下啊，計算機只認識兩個數字，哪兩個呢？0 和 1，你給計算機下命令時，其實只要 0 和 1 組合就行。1 開燈，0 關燈；1 向左轉，0 向右轉；0 翻牆，1 撞牆；0 引爆火藥，1 引爆自己……
喲西，這麼一來，兩個電平就可以對應兩個二進制數字：高電平—— 1，低電平—— 0，完事。
有了兩個明確的值，還需要明確方向。樹莓派自身把電平拉高或者拉低，以此來告訴連接的電子模塊要幹什麼活，這是發送信號；當一個觸摸開關被你的嬌美的小手觸碰後，模塊把電平拉高（高電平狀態），告訴樹莓派有人按了按鈕，這時候樹莓派的接口就是接收狀態，然後樹莓派可以控制另一個設備去做其他事情（比如，沖馬桶）。
由於樹莓派帶有 Linux 操作系統，所以，GPIO 接口的操作方法很多，可以直接調用相關的 lib，也可以用一些封裝好的庫。不過，系統集成了一種簡單的操作方法，類似於文件的方式，你只需要讀寫對應的路徑就能控制 IO 接口。
啟動系統後，你可以進入以下目錄：
cd /sys/class/gpio
然後執行 ls 命令，你會看到目錄下有兩個文件：
1、export：向這個文件寫入 GPIO 口的編號，就可以打開相關接口；
2、unexport：向這個文件寫入 GPIO 口的編號，關閉對應的接口。
你如果看到這兩個文件，就可以試驗一下了。不過在試之前，你還要做這件事：
sudo raspi-config
sudo 是為了防止權限不夠，raspi-config，是樹莓派系統專用的配置程序，在命令模式下也是圖形化操作的。
選第3項，接口選項，回車。
用上下箭頭鍵移到最下面的 P8，回車。
用 Tab 鍵選中 Yes，默認會選中，然後回車確認，收工。按 Esc 可以退出配置程序（或者選 Finish）。
Remote GPIO 選項必須打開的，不然你連接的電子模塊是沒有反應的。
接下來，老周用這個激光模塊來做演示。
這個模塊上面有一個激光頭，跟我們小時候在路邊買的裝鈕扣電池的差不多，發出的激光比小時候買的玩具還差。那這個模塊有什麼鳥用。其實這個模塊真沒什麼鳥用，不過用來學習演示挺不錯，現實用途可以拿來逗貓，不過注意不要讓貓碰到單片機。
這個模塊有三個引腳，PCB板上只標註了兩側的引腳。
為了提升拍照效果，我在下面墊了一張廁紙。最左邊的引腳旁標註了「-」，意思是接電源負極，即接樹莓派上的 GND 引腳。樹莓派有八個 GND 引腳，你可以隨便接；最右邊的引腳標註了「S」，表示這是信號腳，接樹莓派的 GPIO 腳，這個有很多了，當然了，最好選默認沒有分配功能的 GPIO 接口。比如下圖中畫了藍線的。
左右兩邊的引腳都知道用處了，所以，中間那個引腳就是接電源正極的，可以接樹莓派的 5V，上面的圖上你也看到了，樹莓派兩個 5V 腳都放在了一起（第2、4腳）。
下面開始接線，由於樹莓派沒有在板子印有引腳符號（無絲印），所以在接線時要小心，不要接錯。
信號線老周選用了 GPIO 17，在樹莓派上是 11 號引腳，也就是左邊一排，往下順數第六個腳。
接好線之後，我們回到終端，還記得前面提到的那兩個文件嗎？先用 cd 命令定位到 /sys/class/gpio 目錄，然後向 export 文件輸入文本「17」。
cd /sys/class/gpio echo 17 > export
然後用 ls 列出一下 gpio 下的子項，你是不是發現多了個子目錄？叫 gpio17。
這說明 GPIO 的第17口已經準備就緒，可以通信了。
注意一下，這裡的 GPIO 編號不是樹莓派板子上的順序，而是BCM編號，剛剛接線時接的是左排的第六腳，可以上 pinout.xyz 查看，這個腳的編號是17。
然後，cd gpio17，進入這個目錄，看看裏面有什麼。
這裏面有兩個文件我們需要用到的。
1、direction：配置 GPIO 口的通信方向。向其中寫入「in」為輸入，寫入「out」為輸出。
2、value：GPIO 口輸出的值，0 為低電平，1 為高電平。
激光頭模塊是收到高電平時發射激光的，所以這裡要把通信方向設為 out。
echo out > direction
向 value 寫入「1」，輸出高電平，發射激光，開始逗貓。
echo 1 > value
逗久了貓也覺得不好玩了，你手也累了，這時向 value 寫入「0」，輸出低電平，關閉激光發射。
echo 0 > value
最後，向 /sys/class/gpio/unexport 寫入GPIO口編號 17，就可以關閉這個接口了。這時候，gpio17 子目錄就不見了。
有了上面的試驗，我們可以開始使用微軟封裝的 GPIO 庫了。
這個 Nuget 庫叫 System.Device.Gpio，它已經封裝好了GPIO操作常用的類型。
1、對於Windows平台，用的是 UWP 的庫；
2、對於類 Unix 平台，封裝了以下幾種版本：
1） LibGpio；
2）SysFsDriver，這個就是上面舉例用的方式，以文件方式操作 /sys/class/gpio 路徑下的文件。
3）Raspberry Pi 專版。
另外，還有 HummingBoard 版本。
我們在使用時，其實並不需要去思考使用哪個平台的類型，在實例化 GpioController 類的時候，會自動選用合適的類型。
使用以下命令，在.NET項目中添加 System.Device.gpio 庫的引用。
dotnet add package system.device.gpio
在VS2019 中，你也可以用非常熟悉的 Nuget 包管理器來添加，操作方法省略，老周相信你會用的了。
在代碼中引入 System.Device.Gpio 命名空間，然後就可以歡暢地擼代碼了。
using System; using static System.Threading.Thread; using static System.Console; using System.Device.Gpio; namespace testA { class Program { static void Main(string[] args) { int pin = 17; GpioController gpio = new GpioController(); // 打開接口 gpio.OpenPin(pin); // 設置通信方向 gpio.SetPinMode(pin, PinMode.Output); gpio.Write(pin, PinValue.Low); //先置低電平 // 也可以這樣寫 //gpio.Write(pin, 0); // 發送信號 int x = 20; while (x-- > 0) { WriteLine("打開激光頭"); gpio.Write(pin, 1); Sleep(1000); WriteLine("關閉激光頭"); gpio.Write(pin, 0); Sleep(1000); } // 關閉接口 gpio.ClosePin(pin); gpio.Dispose(); // 退出 WriteLine("3166"); } } }
變量 pin 的值是17，前面接線的時候接的是 GPIO 17 引腳。
dotnet publish -r linux-arm -c release --no-self-contained
-r linux-arm，就是指定目標的運行時為 arm （32）的 Linux 系統。
-c 指定生成方案，有 Debug 和 Release，這個老周就不多解釋了，.NET 程序習慣模式。
–no-self-contained 表示不包含運行時庫，因為老周已在樹莓派的系統上裝了 dotnet 運行時；如果你不想在上面安裝運行時，可以去掉 –on-self-contained 選項，這樣默認會包含運行時庫。上傳到樹莓派上面，執行 chmod u+x xxxx 提升權限，然後就可以直接運行了。
要在樹莓派上安裝.NET 運行時也很簡單。
1、執行 cd /tmp 轉到臨時目錄。
2、下載時可以選擇 .NET runtime，或 ASP.NET Core Runtime。後者包含運行Web應用的庫。使用 wget 下載壓縮包（選擇 arm32 的 Linux 包）。
wget https://download.visualstudio.microsoft.com/download/pr/7aa18d1a-1c9a-4571-9668-3d76b5cda367/41a75d18282fa815c548be4dbc9dd55f/aspnetcore-runtime-5.0.2-linux-arm.tar.gz
3、在 /usr/local 目錄下創建一個目錄，叫 dotnet。
sudo mkdir /usr/local/dotnet
這個地方要加上 sudo ，不然權限不夠。/usr/local 這個目錄很適合，它就是讓我們安裝自己需要的第三方軟件用的。
4、解壓剛剛下載的壓縮包，放到 /usr/local/dotnet 目錄下面。
sudo tar -zxf aspnetcore-runtime-5.0.2-linux-arm.tar.gz -C /usr/local/dotnet
-z 參數表示使用 gz 算法，-x 表示解壓，-f 表示要解壓的文件，三個參數合起來就是 -zxf。注意 -C 參數是大寫的，表示工作目錄，也就是你要解壓到哪個目錄，此處解壓到 /usr/local/dotnet 目錄下。
5、在 /etc/profile 文件中加入以下內容。
# /etc/profile: system-wide .profile file for the Bourne shell (sh(1)) # and Bourne compatible shells (bash(1), ksh(1), ash(1), ...). if [ "`id -u`" -eq 0 ]; then PATH="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin" else PATH="/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/local/games:/usr/games" fi # .NET 的運行路徑 if [ -d /usr/local/dotnet ]; then PATH=$PATH:/usr/local/dotnet fi export PATH ……
位置是在 PATH 環境變量導出之前，將 dotnet 運行時的路徑追加上去。即在 export 命令之前。保存並退出就OK了。
設置 PATH 變量放在 /etc/profile 中比放在 bash 的資源文件中好一些。放在bash資源中需要你登錄終端時才執行，而且只在當前會話期間可用。放在 /etc/profile 中就成了「全局」了，只要順利登入系統都有效。
在任意路徑下執行 dotnet –info，如果有以下輸出，那就成功了。
好了，現在可以把我們已經發佈的程序上傳到樹莓派了。Win 10 自帶 scp 命令，不需要安裝傳輸工具。
在樹莓派上 cd 到 pi 用戶目錄下（如果你改了用戶名，可能是其他名字，可以用「~」代替）。
cd ~
創建一個新目錄，叫 app
mkdir app
回到 Windows 上，打開命令提示符窗口，cd 到程序發佈的目錄。
cd C:\Users\<用戶名>\...\testA\bin\release\net5.0\linux-arm\publish
執行 scp 命令上傳文件。
scp ** pi@192.168.200.15:/home/pi/app
其中，**（用一個星號也可以，通配符）表示把發佈目錄下的所有文件上傳到樹莓派；冒號後面是樹莓派上的路徑，把文件放到前面創建的 app 目錄下面，注意要用絕對路徑，不能用「~」。
用終端登入樹莓派，cd 到app下，能看到剛上傳的文件。
無比緊張的時刻來臨，執行我們寫好的程序。
dotnet testA.dll
如果沒有出其他問題的話，你會看到激光頭一開一關（其間暫停1秒）。
示例的源代碼可以點這裡下載：拚命點這裡
這個 System.device.gpio 庫還封裝了 i2c、SPI 等常見的硬件通信方式，後續文章中老周還會介紹。
