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树莓派系列教程8：如何点亮一个LED灯(上）

树莓派的强大之处不单单是因为它是一个卡式电脑，更重要的是个引出GPIO,可以通过编程控制GPIO管脚输出高低电平。学过51单片机的孩童第一个程序就是点亮一个LED灯，从此就点亮我们的人生，从此code奸我千百遍，我待code如初见。今天我们就来探讨一下树莓派点亮一个LED灯的n种方法。从这一章开始我们将教大家如何在树莓派编程，在学习树莓派编程前，你需要一块树莓扩展板。本教程是WaveShare设计的Pioneer600扩展板为例。Pioneer600扩展板包括了GPIO,I2C,SPI,Serial等接口的器件，是学习树莓派编程很好的扩展板。关于Pioneer600扩展的详细资料看网站。

      1、    通过shell 脚本操作GPIO

# 进入GPIO目录

1cd /sys/class/gpio

# 运行ls命令查看gpio目录中的内容，可以查看到export  gpiochip0  unexport三个文件

1sudo ls

# GPIO操作接口从内核空间暴露到用户空间

# 执行该操作之后，该目录下会增加一个gpio26文件

1echo 26 > export

# 进入GPIO26目录，该目录由上一步操作产生

1cd gpio26

#   运行ls查看gpio26目录中的内容，可查看到如下内容

#   active_low  direction  edge  power  subsystem  uevent  value

1sudo ls

# 设置GPIO26为输出方向

1echo out > direction

# BCM_GPIO26输出逻辑高电平，LED点亮

1echo 1 > value

#  BCM_GPIO26输出逻辑低电平，LED熄灭

1echo 0 > value

# 返回上一级目录

1cd ..

# 注销GPIO26接口

1echo 26 > unexport

注：echo 命令为打印输出，相当于C语言的printf函数的功能，>符号为IO重定向符号，IO重定向是指改变linux标准输入和输出的默认设备，指向一个用户定义的设备。例如echo 20 > export便是把20写入到export文件中

我们可以编写成shell 脚本的形式运行

1vi led.sh
用vi新建led.sh文件，添加如下程序并保存退出。

1#! /bin/bash
2echo Exporting pin $1
3echo $1 > /sys/class/gpio/export
4echo Setting direction to out.
5echo out > /sys/class/gpio/gpio$1/direction
6echo Setting pin $2
7echo $2 > /sys/class/gpio/gpio$1/value

修改文件属性，使文件可执行。

1chmod +x led.sh

程序第一句注销表明这个是一个bash shell 文件，通过/bin/bash程序执行。

$1代表第一个参数，$2代表第二个参数，执行如下两个命令可点亮和熄灭LED(Pioneer600扩展板LED1接到树莓派BCM编码的26号管脚）。

1sudo ./led.sh 26 1
1sudo ./led.sh 26 0

      2、  通过sysfs方式操作GPIO

通过上面的操作，我们可以发现在linux系统中，读写设备文件即可操作对应的设备。所以说在linux的世界，一切的都是文件。下面我们可以通过C语言读写文件的方式操作GPIO.
1vi led.c
使用vi新建led.c文件，添加如下程序并保存退出。

  cpp代码：

001#include <sys⁄stat.h>
002#include <sys⁄types.h>
003#include <fcntl.h>
004#include <stdio.h>
005#include <stdlib.h>
006#include <string.h>
007#include <unistd.h>
008  
009#define IN  0
010#define OUT 1
011  
012#define LOW  0
013#define HIGH 1
014  
015#define POUT            26 
016#define BUFFER_MAX      3
017#define DIRECTION_MAX   48
018  
019static int GPIOExport(int pin)
020{
021    char buffer[BUFFER_MAX];
022    int len;
023    int fd;
024  
025    fd = open("/sys/class/gpio/export", O_WRONLY);
026    if (fd < 0) {
027        fprintf(stderr, "Failed to open export for writing!\n");
028        return(-1);
029    } 
030  
031    len = snprintf(buffer, BUFFER_MAX, "%d", pin);
032    write(fd, buffer, len);
033  
034    close(fd);
035    return(0);
036}
037  
038static int GPIOUnexport(int pin)
039{
040    char buffer[BUFFER_MAX];
041    int len;
042    int fd;
043  
044    fd = open("/sys/class/gpio/unexport", O_WRONLY);
045    if (fd < 0) {
046        fprintf(stderr, "Failed to open unexport for writing!\n");
047        return(-1);
048    }
049  
050    len = snprintf(buffer, BUFFER_MAX, "%d", pin);
051    write(fd, buffer, len);
052  
053    close(fd);
054    return(0);
055}
056  
057static int GPIODirection(int pin, int dir)
058{
059    static const char dir_str[]  = "in\0out";
060    char path[DIRECTION_MAX];
061    int fd;
062  
063    snprintf(path, DIRECTION_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/direction", pin);
064    fd = open(path, O_WRONLY);
065    if (fd < 0) {
066        fprintf(stderr, "failed to open gpio direction for writing!\n");
067        return(-1);
068    }
069  
070    if (write(fd, &dir_str[dir == IN ? 0 : 3], dir == IN ? 2 : 3) < 0) {
071        fprintf(stderr, "failed to set direction!\n");
072        return(-1);
073    }
074  
075    close(fd);
076    return(0);
077}
078  
079static int GPIORead(int pin)
080{
081    char path[DIRECTION_MAX];
082    char value_str[3];
083    int fd;
084  
085    snprintf(path, DIRECTION_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);
086    fd = open(path, O_RDONLY);
087    if (fd < 0) {
088        fprintf(stderr, "failed to open gpio value for reading!\n");
089        return(-1);
090    }
091  
092    if (read(fd, value_str, 3) < 0) {
093        fprintf(stderr, "failed to read value!\n");
094        return(-1);
095    }
096  
097    close(fd);
098    return(atoi(value_str));
099}
100  
101static int GPIOWrite(int pin, int value)
102{
103    static const char s_values_str[] = "01";
104    char path[DIRECTION_MAX];
105    int fd;
106  
107    snprintf(path, DIRECTION_MAX, "/sys/class/gpio/gpio%d/value", pin);
108    fd = open(path, O_WRONLY);
109    if (fd < 0) {
110        fprintf(stderr, "failed to open gpio value for writing!\n");
111        return(-1);
112    }
113  
114    if (write(fd, &s_values_str[value == LOW ? 0 : 1], 1) < 0) {
115        fprintf(stderr, "failed to write value!\n");
116        return(-1);
117    }
118  
119    close(fd);
120    return(0);
121}
122  
123int main(int argc, char *argv[])
124{
125    int i = 0;
126  
127    GPIOExport(POUT);
128    GPIODirection(POUT, OUT);
129  
130    for (i = 0; i < 20; i++) {
131        GPIOWrite(POUT, i % 2);
132        usleep(500 * 1000);
133    }
134  
135    GPIOUnexport(POUT);
136    return(0);
137}

编译并执行程序

1gcc led.c -o led
2sudo ./led

如果没有意外，我们可以看到接到BCM编码的26号管脚的LED,闪烁10次后自动退出程序。

以上第一条命令是使用gcc编译器将led.c源文件，编译成led可执行文件，在目录下面我们可以发现编程后生产的led可执行文件。我们也可以编写Makefile文件,下次直接运行make命令即可编译程序。

1vi Makefile


使用vi 新建Makefile文件，添加以下代码并保存退出。

1led:led.c
2    gcc led.c -o led
3clean:
4    rm led

运行以下命令即可编译led.c程序

1make

运行以下命令即可删除编译产生的可执行文件led

1make clean


余下教程都为方便解说都是运行gcc 命令编译程序，如果想编写Makefile文件可查看Pioneer600示例程序。

关于sysfs操作GPIO方式，详情请参考以下网站：https://bitbucket.org/xukai871105/rpi-gpio-sysfs

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