【树莓派系列】树莓派wiringPi库详解，官方外设开发

news2024/10/4 8:22:06

树莓派wiringPi库详解，官方外设开发

文章目录

  • 树莓派wiringPi库详解，官方外设开发
    • 一、安装wiringPi库
    • 二、wiringPi库API大全
      • 1.硬件初始化函数
      • 2.通用GPIO控制函数
      • 3.时间控制函数
      • 4.串口通信
        • 串口API
        • 串口通信配置
        • 多串口通信配置
        • 串口自发自收测试
        • 串口间通信测试
        • 测试代码
        • 编译：
      • 5.中断
      • 6.多线程
      • 7.软件PWM
      • 引脚对照表

wiringPi是一个很棒的树莓派IO控制库，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。

一、安装wiringPi库

有些树莓派镜像文件自带wiringPi库，所以无须安装，如果没有请自行参看下方安装

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

查看是否安装了命令：gpio -v

查看引脚命令：gpio readall

二、wiringPi库API大全

在使用wiringPi库时，你需要包含头文件 #include <wiringPi.h>。编译时都需要链接该库。

1.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

2.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		作用：配置引脚的IO模式
注意：
只有wiringPi 引脚编号下的1脚（BCM下的18脚） 支持PWM输出
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 不启用任何拉电阻。关闭拉电阻。
PUD_DOWN 启用下拉电阻，引脚电平拉到GND
PUD_UP 启用上拉电阻，引脚电平拉到3.3v		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

3.时间控制函数

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
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

4.串口通信

串口API

使用时需要包含头文件：#include <wiringSerial.h>

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。
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。
串口通信配置

也就是将调试接口修改为通信接口，同时也要关闭蓝牙功能。（仅供了解，推荐使用下面的多串口）

注意，目前搜到的大多数描述树莓派 4 串口的文章，大多数开头都是禁用下蓝牙，这个做法针对树莓派0-3 是必须的，因为本身串口不够用，但对树莓派 4 来说并不需要，因为有额外 4 个串口可以利用，默认配置好的两串口一个用于蓝牙（UART0）另一个是 miniUART 可以保留设置。此方面的文章大多都是一个流程，原因是参考的最初版本是树莓派 3 的设置；树莓派 4 的额外串口设置可以参考下面的多串口通信配置。

/* 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】 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait
/*下列代码由于不同的固件库可能没有，则不用修改*，如果没有，完成上述之后重启即可/
/*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

//重启
sudo reboot

树莓派的串口是设备名是：ttyAMA0

多串口通信配置

串口1：/dev/ttyS0 mini串口：mini串口的时钟源由cpu提供，会随主频的变化而变化，通信不稳定，但可以通过固定CPU主频来稳定通信。（很麻烦）

串口0：/dev/ttyAMA0 硬件串口有独立的时钟源，通信稳定，但默认分配成了蓝牙功能。可以通过禁用蓝牙等操作来使用这个串口。

  1. 展示所有串口命令
dtoverlay -a | grep uart

展示 pi4 中所有串口

pi@pi:~ $ dtoverlay -a | grep uart
  midi-uart0
  midi-uart1
  midi-uart2
  midi-uart3
  midi-uart4
  midi-uart5
  miniuart-bt
  qca7000-uart0
  uart0
  uart1
  uart2
  uart3
  uart4
  uart5
  1. 查看特定串口信息
dtoverlay -h uart2

pi@raspberrypi:~ $ dtoverlay -h uart2
Name:   uart2
Info:   Enable uart 2 on GPIOs 0-3
Usage:  dtoverlay=uart2,<param>
Params: ctsrts        Enable CTS/RTS on GPIOs 2-3 (default off)

相关信息会展现 GPIOs 与新的 UART 串口的分配：0-3 对应 UART2， 4-7 对应 UART3，8-11 对应 UART 4，以及 12-15 对应 GUIO 5

树莓派0、1、2、3UART0(PL011)
UART1(mini UART)		由于本身串口不够用，故需要禁用下蓝牙
（默认配置好的两串口一个用于蓝牙（UART0）另一个是miniUART）
树莓派4BUART0(PL011)
UART1(mini UART)
UART2(PL011)
UART3(PL011)
UART4(PL011)
UART5(PL011)		对树莓派4B来说并不需要，因为有额外 4 个串口可以利用。

3. 配置开启串口 UART2-5

sudo vi /boot/firmware/config.txt
    或者：具体看目录下有哪个
sudo vi /boot/config.txt

在结尾添加：

dtoverlay=uart2
dtoverlay=uart3
dtoverlay=uart4
dtoverlay=uart5

重启后查看是否生效：

ls /dev/ttyAMA*

观察到：

pi@pi:~ $ ls /dev/ttyAMA*
/dev/ttyAMA2  /dev/ttyAMA3  /dev/ttyAMA4  /dev/ttyAMA5

下面给出各 UART 串口与 GPIO 对应关系，一般使用建议UART2-5。

引脚号为wiringPi编码TXRX所指向的设备节点
UART01516-> ttyAMA0
UART23031-> ttyAMA1
UART3721-> ttyAMA2
UART41013-> ttyAMA3
UART52623-> ttyAMA4

注：UART0 对应的 ttyAMA0，UART1 对应的 ttyS0，UART2 到 UART5 对应的 ttyAMA1 到 ttyAMA4。

串口自发自收测试

现在我们先测试 UART2 是否启用成功，比较简单的测试方式是将其 TXD 和 RXD 相连，自发自收。

根据上方对应关系，UART2 对应 TXD2 和 RXD2，对应 30和 31，对应 ttyAMA1

如果跟下方一样就证明已经开启

pi@raspberrypi:~ $ python3
Python 3.7.3 (default, Jul 25 2020, 13:03:44) 
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> ted = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> ted.write("Hello World".encode("gbk"))
11
>>> ted.read(11)
b'Hello World'
>>>

image-20240914215724566

同理也可以测试其他的串口

pi@raspberrypi:~ $ python3
Python 3.7.3 (default, Jul 25 2020, 13:03:44) 
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> ted = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> ted.write("Hello World".encode("gbk"))
11
>>> ted.read(11)
b'Hello World'
>>> ted3 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA2", baudrate=9600)
>>> ted3.write("Hello No.3".encode("gbk"))
10
>>> ted3.read(10)
b'Hello No.3'
>>> ted4 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA3", baudrate=9600)
>>> ted4.write("Hello No.4".encode("gbk"))
10
>>> ted4.read(10)
b'Hello No.4'
>>> ted5 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA4", baudrate=9600)
>>> ted5.write("Hello No.5".encode("gbk"))
10
>>> ted5.read(10)
b'Hello No.5'
>>>
串口间通信测试

测试 UART2 和 UART3 间的通信

wiringPi编码
UART2TXD2 (30)RXD2 (31)
UART3RXD3 (21)TXD3 (7)
pi@raspberrypi:~ $ python3
Python 3.7.3 (default, Jul 25 2020, 13:03:44) 
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import serial
>>> ted = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA1", baudrate=9600)
>>> ted3 = serial.Serial(port="/dev/ttyAMA2", baudrate=9600)
>>> ted.write("Msg from UART2...".encode("gbk"))
17
>>> ted3.read(17)
b'Msg from UART2...'
>>> ted3.write("Msg from UART3...".encode("gbk"))
17
>>> ted.read(17)
b'Msg from UART3...'
>>>

OK 挺顺利，UART2 和 UART3 间通信正常。

测试代码
#include <wiringPi.h>
#include <wiringSerial.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main()
{
    int fd; 						
    char cmd;
    char *str;
    str=(char*)malloc(1024);

    fd=serialOpen("/dev/ttyAMA1",115200);       //打开并初始串口
	if(fd == -1){
        printf("uart error\n");
    }
    if(wiringPiSetup() == -1){		//初始化树莓派引脚
        printf("init wiringPi error!\n");
        return -1;
    }
    while(1){
        //              serialPutchar(fd,'c');
        //              serialPuts(fd,"aaaaaaaaa\r\n");
        while(serialDataAvail(fd)<=0);		//获取串口缓存中可用的字节数

        cmd = serialGetchar(fd);			//从串口读取一个字节数据返回
        //              memset(str,0,1024);
        //              sprintf(str,"get cmd:%c\r\n",cmd);
        //              serialPuts(fd,str);					//发送一个字符串到串口
        printf("get data:cmd=%c\n",cmd);
        serialPrintf (fd, "get cmd:%c\r\n", cmd);	//发送数据到串口
        if(cmd=='q'){
            serialPuts(fd,"quit\r\n");
            printf("quit\n");
            break;
        }
        //              delayMicroseconds(1000000);
    }
    free(str);
    serialClose(fd);							//关闭fd关联的串口
    return 0;
}
编译：
gcc demo.c -lwiringPi

5.中断

很少使用

6.多线程

使用linux C库里面的多线程

7.软件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

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。
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

其他

https://www.cnblogs.com/lulipro/p/5992172.html

引脚对照表

image-20240818214252610

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