Учебное руководство по управлению светодиодами с помощью Robotics Development Kit

Управление контактами GPIO на плате UP в составе комплекта Intel® RealSense™ Robotics Development Kit для управления электрической цепью со светодиодом.

Что вы узнаете

В этом учебном руководстве демонстрируется управление контактами GPIO на простом примере, аналогичном написанию простейшей программы «Hello World»: путем настройки платы UP так, чтобы можно было мигать внешним светодиодом.

Плата UP в составе Robotics Development Kit

Комплект Intel® RealSense™ Robotics Development Kit (RDK)состоит из камеры глубины Intel® RealSense™ R200 и платы Aaeon* UP. Плата UP в этой системе является вычислительным ядром. Для подключения внешних устройств эта плата оборудована 40-контактной клеммой ввода-вывода, показанной на рис. 1. На плате UP размещено в общей сложности 28независимых контактов GPIO, выведенных на клемму ввода-вывода. Для платы UP разработаны драйверы платформы ядра Ubuntu 14.04, обеспечивающие нумерацию контактов GPIO в Linux в диапазоне от 0 до 27 с эмуляцией возможностей платы Raspberry Pi.

Доступ к аппаратным GPIO в этом учебном руководстве будет осуществляться на низком уровне с помощью Linux sysfs. При помощи Sysfs пользователи Linux (или код в пользовательском пространстве) могут взаимодействовать с устройствами на уровне системы (ядра).

Для этого учебного руководства не нужны никакие особые библиотеки, поскольку используется интерфейс sysfs.

Важно!Обратите внимание, что номера Linux GPIOна рис. 1 отличаются и от номеров физических контактов, и от разводки на плате UP. Номера Linux GPIO назначаются в соответствии со схемой нумерации GPIO Raspberry Pi BCM.

Для сравнения с разводкой на плате Raspberry Pi посетите сайт http://pinout.xyz

Как зажечь светодиод с помощью платы UP

Достаточно настроить плату UP в составе RDK согласно руководству по быстрому запуску From Zero to Hero: Getting up and running with the Intel RealSense Robotic Development Kit, , и все готово для работы над первым настоящим проектом. Мы будем управлять включением светодиода с помощью языка программирования C и контактов GPIO на плате UP.

Что вы узнаете

• Вы соберете простейшую электрическую схему и подключите ее к контактам GPIO платы UP.

Что понадобится

• 1 небольшой светодиод любого цвета.
• 1 резистор на 50 Ом.
• Одножильный провод небольшого сечения.
• Макетные зажимы или зажимы типа «крокодил» (или и те, и другие) для фиксации контактов.

Да будет свет!

Перед написанием кода следует ознакомиться с нумерацией контактов на плате UP и собрать простую электрическую цепь. Для начала мы просто включим светодиод, используя контакт 3,3 В и контакт заземления на плате UP. Схема нашей электрической цепи такова:

Рис. 2

Перед началом работы отключите плату UP. Если работать с ней во включенном состоянии, существует риск короткого замыкания, а этого следует избегать, особенно если учесть, что это наш первый проект.

• Исходя из наличных деталей, соберите электрическую цепь либо на монтажной плате, либо с помощью зажимов-«крокодилов».
• Контакт 1 (+3,3 В) должен быть подключен к длинной ножке светодиода (анод). Этот контакт подает напряжение 3,3 В. В отличие от контактов GPIO на плате UP этот контакт не является программируемым: невозможно им управлять с помощью программного обеспечения.
• Подключите короткую ножку светодиода к резистору. Затем подключите второй контакт резистора к контакту 6 (заземление) на плате UP.

Еще раз проверьте, как все подключено. Когда все будет готово, электрическая цепь должна выглядеть так:

Рис. 3

Включите плату UP. Светодиод должен сразу же загореться.

Управление светодиодом с помощью программного кода

Итак, простейшая электрическая цепь проверена, теперь пора переключить положительный провод с постоянно включенного контакта 3,3 В на один из программируемых контактов GPIO. Вот как будет выглядеть схема:

Рис. 4

• Снова выключите плату UP перед тем, как менять что-либо в подключениях.
• Перенесите положительный провод с контакта 1 на контакт 7.

Когда все будет готово, электрическая цепь должна выглядеть так:

Рис. 5

Исходный код для управления миганием

Приведенный ниже пример исходного кода заставит светодиод мигать.

#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define IN   0
#define OUT  1

#define LOW  0
#define HIGH 1

#define PIN  24 /* physical pin 18 */
#define POUT 4  /* physical pin 7  */

static int GPIOExport(int pin);
static int GPIOUnexport(int pin);
static int GPIODirection(int pin, int dir);
static int GPIORead(int pin);
static int GPIOWrite(int pin, int value);

int main(int argc, char *argv[])
{
	int repeat = 9;

	/*
	 * Enable GPIO pins
	 */
	if (-1 == GPIOExport(POUT) || -1 == GPIOExport(PIN))
		return(1);

	/*
	 * Set GPIO directions
	 */
	if (-1 == GPIODirection(POUT, OUT) || -1 == GPIODirection(PIN, IN))
		return(2);

	do {
		/*
		 * Write GPIO value
		 */
		if (-1 == GPIOWrite(POUT, repeat % 2))
			return(3);

		/*
		 * Read GPIO value
		 */
		printf("I'm reading %d in GPIO %d\n", GPIORead(PIN), PIN);

		usleep(500 * 1000);
	}
	while (repeat--);

	/*
	 * Disable GPIO pins
	 */
	if (-1 == GPIOUnexport(POUT) || -1 == GPIOUnexport(PIN))
		return(4);

	return(0);
}

Int GPIOExport(int pin)
{
#define BUFFER_MAX 3
	char buffer[BUFFER_MAX];
	ssize_t bytes_written;
	int fd;

	fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "Failed to open export for writing!\n");
		return(-1);
	}

	bytes_written = snprintf(buffer, BUFFER_MAX, "%d", pin);
	write(fd, buffer, bytes_written);
	close(fd);
	return(0);
}

Int GPIOUnexport(int pin)
{
	char buffer[BUFFER_MAX];
	ssize_t bytes_written;
	int fd;

	fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "Failed to open unexport for writing!\n");
		return(-1);
	}

	bytes_written = snprintf(buffer, BUFFER_MAX, "%d", pin);
	write(fd, buffer, bytes_written);
	close(fd);
	return(0);
}

Int GPIODirection(int pin, int dir)
{
	static const char s_directions_str[]  = "in\0out";

#define DIRECTION_MAX 35
	char path[DIRECTION_MAX];
	int fd;

	snprintf(path, DIRECTION_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", pin);
	fd = open(path, O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "Failed to open gpio direction for writing!\n");
		return(-1);
	}

	if (-1 == write(fd, &s_directions_str[IN == dir ? 0 : 3], IN == dir ? 2 : 3)) {
		fprintf(stderr, "Failed to set direction!\n");
		return(-1);
	}

	close(fd);
	return(0);
}

Int GPIORead(int pin)
{
#define VALUE_MAX 30
	char path[VALUE_MAX];
	char value_str[3];
	int fd;

	snprintf(path, VALUE_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);
	fd = open(path, O_RDONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "Failed to open gpio value for reading!\n");
		return(-1);
	}

	if (-1 == read(fd, value_str, 3)) {
		fprintf(stderr, "Failed to read value!\n");
		return(-1);
	}

	close(fd);

	return(atoi(value_str));
}

Int GPIOWrite(int pin, int value)
{
	static const char s_values_str[] = "01";

	char path[VALUE_MAX];
	int fd;

	snprintf(path, VALUE_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);
	fd = open(path, O_WRONLY);
	if (-1 == fd) {
		fprintf(stderr, "Failed to open gpio value for writing!\n");
		return(-1);
	}

	if (1 != write(fd, &s_values_str[LOW == value ? 0 : 1], 1)) {
		fprintf(stderr, "Failed to write value!\n");
		return(-1);
	}

	close(fd);
	return(0);
}

Если файл с исходным кодом называется blink.c, можно скомпилировать код с помощью следующей команды:

gcc –Wall –o blink blink.c

Заключение

В этом учебном руководстве по работе с платой UP создается простейшая электрическая схема; плата UP и программа на языке C, использующая механизм Linux sysfs, управляют работой светодиода, который должен мигнуть 10 раз.

В следующем учебном руководстве в этой серии мы будем регулировать яркость светодиода с помощью данных глубины, поступающих от камеры R200 и межплатформенного API Intel® RealSense™, для чего нам придется несколько переработать и электрическую съему, и программу на C.