【玩转开源】BananaPi R2——移植RPi.GPIO 到 R2
1. 首先给大家介绍一下什么是RPi.GPIO.
简单去讲，RPi.GPIO就是一个运行在树莓派开发板上可以通过Python去控制GPIO的一个中间件。
现在我这边做了一个基础功能的移植，接下来大家可以跟着我去学习一下RPi.GPIO是如何通过Python去实现控制开发板上的GPIO的。
2. 看一下效果图：
2.1 硬件实物运行效果
2.2 执行Python脚本打印的log
3. 那么RPi.GPIO在R2上是如何使用的呢？
3.1 首先在R2上面运行一个Ubuntu镜像，然后下载代码：git clone https://github.com/BPI-SINOVOIP/RPi.GPIO
这里如果不清楚如何安装一个Ubuntu镜像到R2，欢迎留言。
3.2 安装Python环境
1 sudo apt-get update 2 sudo apt-get install python-dev python3-dev
3.3 安装中间件
sudo python setup.py install
或者是 sudo python3 setup.py install 来安装
（前者是使用Python2.X，后者是Python3.X）
安装参考：http://wiki.banana-pi.org/Getting_Started_with_R2#Install_RPi.GPIO（偷偷告诉你们这个wiki我也在维护哦，欢迎大家留言提建议）
3.4 安装完成后进入到R2 Ubuntu下的路径：cd /usr/local/bin，你会发现有个g40.py的python文件，我们可以打开简单看一下（这里代码的注释，是我加的，目的是为了让大家更好理解这段Python程序）：
#!/usr/bin/python import RPi.GPIO as GPIO #这里导入RPi.GPIO模块，重命名为GPIO import time #为了方便理解import xxx, 大家可以当作是C语言的#include<xxx.h>
#定义两组要控制的Led GPIO pin数组 phy_led2 = [8, 10, 12, 16, 18, 22, 24, 26, 28, 32, 36, 38, 40, 37, 35, 33, 31, 29, 27, 23, 21, 19, 15, 13, 11, 7, 5, 3]; phy_led = [8, 10, 12, 16, 18, 22, 24, 26, 32, 36, 38, 40, 37, 35, 33, 31, 29, 23, 21, 19, 15, 13, 11, 7, 5, 3]; print 'Pi Board Information' print '---------------------'
#这里是一个for循环, 从GPIO.RPI_INFO.items里面读取数据，并打印出来
for key,val in GPIO.RPI_INFO.items(): print '%s => %s'%(key,val)
#读取键盘输入 response = raw_input('\nIs this board info correct (y/n) ? ').upper()
#调用GPIO.setmode方法，并传入参数GPIO.BOARD
#(这里大家肯定看得一愣一愣的，这些GPIO.XXX方法，参数究竟是在哪里定义的，不要急，后面就会介绍) GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
#读取phy_led数组，并调用GPIO.setup方法，传入参数pin和GPIO.OUT for pin in phy_led: print pin, "GPIO.setup GPIO.OUT" GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)
#这里是一个死循环，意思就是设置GPIO循环输出高低电平不断打开，关闭LED while True: for pin in phy_led: GPIO.output(pin, True) print 'on ', pin time.sleep(.1) for pin in phy_led: GPIO.output(pin, False) print 'off ',pin time.sleep(.1) #如果大家对Python不太熟悉，建议可以先去学习一些基础的语法，这样有助于理解。
#不过不熟悉也没有关系，这里我也会尽量讲明白这个Python文件是在做什么。
3.5 最上层的接口看完了，接下来我们该看中间件是如何实现上面这些接口的调用的
下载代码：git clone https://github.com/BPI-SINOVOIP/RPi.GPIO
代码下载完成后，我们打开先简单看一看，我们从g40.py里面调用的第一个接口看起：GPIO.RPI_INFO.items()
我的开发环境是Ubuntu，使用的IDE是SourceInsight
我们先搜索一下接口RPI_INFO：
发现这个接口三在Py_gpio.c里面有出现，我们点进去看一下：
原来这个接口在这里，那这里的PyModule_AddObject是干什么的呢？先看一下官方解释：
这个接口实际上是Python调用外部代码的一种方式，简单理解就是可以通过 “Module.name” 的方式来调用 "value".
然后我们再来看一下g40.py里面的这段代码：
for key,val in GPIO.RPI_INFO.items(): print '%s => %s'%(key,val)
Module的名称为GPIO，name是"RPI_INFO"，这里使用GPIO.RPI_INFO实际上就调用到了value，根据上面代码的定义，这个value是board_info，那么这段代码实际上就是调用board_info，接下来我们再看看board_info是怎么定义的.
board_info = Py_BuildValue("{sissssssssss}", "P1_REVISION",rpiinfo.p1_revision, "REVISION",&rpiinfo.revision, "TYPE",rpiinfo.type, "MANUFACTURER",rpiinfo.manufacturer, "PROCESSOR",rpiinfo.processor, "RAM",rpiinfo.ram);
这里可以看到board_info是从Py_BuildValue这里获取的值，那么Py_BuildValue又是做什么的呢？先看一下官方的解释：
意思就是获取C语言格式的字符串，看起来这里Python和C开始有联系咯，我们看看最开始的打印：
看到这里的打印，和上面Py_BuildValue()里面的参数对比一下，是不是开始有感觉了；没错这里已经成功从Python调用到C了.
我们接下来再看看g40.py，代码马上执行到：GPIO.setmode(GPIO.BOARD)，对应的我们去看源码是怎么样的：
首先我们找一下这个BOARD参数，可以看到这个参数是一个int类型的变量；
接下来我们再看看setmode方法：
这里可以看到setmode方法实际上是调用的py_setmode，我们再看看这个py_setmode是怎么定义的：
看到这里实际上我们会发现，其实就是C的写法了，简单去看就是返回一个PyObject* 类型的C函数；到这里我们已经大概学习到Python如何调用C的参数和函数了.
4. 那么 R2 上的GPIO又是如何实现被控制的呢？
在这里大家有没有注意到，当我们运行g40.py的时候，实际上里面也是运行的C代码，再挖一层实际上当执行这个Python脚本就相当于就是执行的C代码，换句话说，就是我们只要实现了如何通过C去控制GPIO，那么就能实现Python去控制GPIO；那么我们要如何去实现C代码控制GPIO呢？
这里插入两个知识点：用户态，内核态
Linux系统运行的时候实际上是分内核态和用户态的，内核态和用户态之间相互分隔，但是可以通过一些特殊的接口让他们之间相互访问。
比如我们进到Ubuntu系统，GUI，桌面软件，命令行等等这些实际上都是用户态的操作。
一般涉及到较深层次的硬件驱动接口时，才会去操作内核态，比如我们开发嵌入式拿到的BSP代码，去写的各个硬件驱动代码一般就是属于内核部分。
如果你使用过单片机，你可能还记得操作GPIO，直接去给对应的寄存器赋值就好了，没错思路是对的；那么我们如何通过Ubuntu系统去写芯片GPIO的寄存器呢？
这里我直接使用mmap的办法，即内存映射，暂时就不发散用户态如何调用到内核态的方法了，后续写关于嵌入式的知识时再介绍.
那么我们看看mmap是做什么用处的：
简单去讲，就是虚拟地址映射到实际物理地址的方法；我们知道在单片机上面操作的寄存器地址，实际上就是它的物理地址；但是嵌入式系统不一样，嵌入式系统有一个内存管理的机制，我们叫MMU，具体MMU的原理暂时也不发散了，后续有机会再介绍（后面会专门再写一篇关于MMU的文章）.
通过查询芯片的Datasheet，我们可以找到GPIO的实际寄存器地址，然后读取出来后，就可以像单片机操作GPIO那样去写程序了，这里我贴R2的例子：
我们要操作的GPIO口是这些：
#include <stdio.h> #include <stdint.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/mman.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #define MMAP_PATH "/dev/mem" static uint8_t* gpio_mmap_reg = NULL; static int gpio_mmap_fd = 0;
//这里定义GPIO 原理图里面的 PIN int pins[] = {75, 76, 206, 80, 79, 205, 56, 55, 54, 57, 126, 74, 73, 49, 202, 82, 81, 24, 25, 21, 18, 53, 20, 58, 72, 19, 22, 200};
//芯片GPIO寄存器 #define GPIO_DOUT_BASE_OFFSET 0x500 #define GPIO_MODE_BASE_OFFSET 0x760 #define GPIO_REG_BASE 0x10005000 static int gpio_mmap(void) { if ((gpio_mmap_fd = open(MMAP_PATH, O_RDWR|O_SYNC)) < 0) { fprintf(stderr, "unable to open mmap file"); return -1; } gpio_mmap_reg = (uint8_t*) mmap(NULL, 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_FILE | MAP_SHARED , gpio_mmap_fd, GPIO_REG_BASE); if (gpio_mmap_reg == MAP_FAILED) { perror("foo"); fprintf(stderr, "failed to mmap"); gpio_mmap_reg = NULL; close(gpio_mmap_fd); return -1; } return 0; } int main() { int ret = -1; int pin = 75; if (gpio_mmap()) return -1; printf("set dir\n"); uint32_t tmp; int position = 0; //SET MODE AS GPIO，GPIO模式的值为0 printf("BASEADDR=%X\nSET MODE AS GPIO\n", gpio_mmap_reg); for(int i = 0; i < sizeof(pins)/sizeof(int); i++){ pin = pins[i]; position = gpio_mmap_reg + GPIO_MODE_BASE_OFFSET + (pin / 5) * 16; printf("pin=%d, positon = %X\n", pin, position); tmp = *(volatile uint32_t*)(position); tmp &= ~(1u << ((pin % 5) * 3)); //赋值为0 *(volatile uint32_t*)(position) = tmp; } printf("\nSET DIR AS OUT\n"); for(int i = 0; i < sizeof(pins)/sizeof(int); i++){ pin = pins[i]; if(pin < 199){ position = gpio_mmap_reg + (pin / 16) * 16; }else{ position = gpio_mmap_reg + (pin / 16) * 16 + 0x10; } printf("pin=%d, positon = %X\n", pin, position); tmp = *(volatile uint32_t*)(position); tmp |= (1u << (pin % 16)); *(volatile uint32_t*)(position) = tmp; usleep(100000); } //SET VAULE printf("\nSET VALUE AS HIGH LEVEL\n"); for(int i = 0; i < sizeof(pins)/sizeof(int); i++){ pin = pins[i]; position = gpio_mmap_reg + GPIO_DOUT_BASE_OFFSET + (pin / 16) * 16; printf("pin=%d, positon = %X\n", pin, position); tmp = *(volatile uint32_t*)(position); tmp |= (1u << (pin % 16)); *(volatile uint32_t*)(position) = tmp; usleep(100000); } printf("\nSET VALUE AS LOW LEVEL\n"); for(int i = 0; i < sizeof(pins)/sizeof(int); i++){ pin = pins[i]; position = gpio_mmap_reg + GPIO_DOUT_BASE_OFFSET + (pin / 16) * 16; printf("pin=%d, positon = %X\n", pin, position); tmp = *(volatile uint32_t*)(position); printf("tmp = %X\n", tmp); tmp &= ~(1u << (pin % 16)); printf("tmp = %X\n", tmp); *(volatile uint32_t*)(position) = tmp; usleep(100000); } close(gpio_mmap_fd); }
上面这个例子就实现了用户态操作GPIO的方法，具体地址，和运算方法跟你的芯片GPIO寄存器定义有关，看到这里如果有很多东西还是不太明白也没有关系，因为这里涉及的知识面稍微多一些，不过不要灰心，自己多实战，再回过头来看其实就变简单了，关于嵌入式的学习也欢迎大家一起留言交流.
更多的实现请大家看github上的commit记录：https://github.com/BPI-SINOVOIP/RPi.GPIO/commits/master
