iMX287A多种方法实现流水灯效果
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1.流水灯在电子电路中的地位
记得第一次接触单片机时，还是用的AT89S52单片机，第1个程序就是点亮一个LED，然后再实现LED流水灯的效果。在这个过程中，可以了解整个程序的结构，GPIO的使用，延时的使用等。可以说单片机学习中的点灯，就相当于C语言中的"Hello World"！好的，我们来看一下在ARM Linux下如何控制GPIO。
2.硬件电路分析
点灯的根本是控制LED对应GPIO输出高低电平，那要控制哪个GPIO呢？这就需要查看原理图，看LED是连接到了哪个GPIO管脚。
iMX287的扩展板AP-283Demo原理图中，LED的驱动电路：
与连接器的连接关系：
这里我们把：4个LED的管脚和J8C的４个管脚使用跳线帽短接起来，即
J8A_1=LED1 -> J8C_1=IO3.26
J8A_2=LED2 -> J8C_2=IO3.22
J8A_3=LED3 -> J8C_3=IO3.20
J8A_4=LED4 -> J8C_4=IO2.7
即：
GPIO3_26 = LED1
GPIO3_22 = LED2
GPIO3_20 = LED3
GPIO2_7 = LED4
所以，我们只需要控制这几个GPIO的高低电平，可以控制LED了。
连接方式：
3.先点个灯吧
iMX28 系列处理器的 IO 端口分为 7 个 BANK，其中 BANK0~4 具有 GPIO 功能，每个BANK 具有 32 个 I/O。iMX283 部分 BANK 的引脚不支持 GPIO 功能，具体需要参考《IMX28CEC_Datasheet.pdf》手册。在导出 GPIO 功能引脚时，需要先计算 GPIO 引脚的排列序号，其序号计算公式:
GPIO序号 = Bank * 32 + N
#LED对应的序号
LED1 -> GPIO3_26 = 3 * 32 + 26 = 122
LED2 -> GPIO3_22 = 3 * 32 + 22 = 118
LED3 -> GPIO3_20 = 3 * 32 + 20 = 116
LED4 -> GPIO2_7 = 2 * 32 + 7 = 71
串口或SSH登录开发板之后，通过如下过程可导出对应GPIO的功能，以LED1对应的122为例：
#进入到gpio驱动所在的文件夹
cd /sys/class/gpio
#生成LED1操作的相关文件
echo 122 > export
#进入到LED1控制文件夹
cd gpio122
#设置GPIO为输出方向
echo out > direction
#查看当前GPIO的输入输出方向
cat direction
#设置GPIO输出0点亮LED
echo 0 > value
#查看当前GPIO的输出状态
cat value
#设置GPIO输出1熄灭LED
echo 1 > value
#查看当前GPIO的输出状态
在这里，就体现了Linux系统下一切皆文件的含义。
这样，就实现了某个GPIO输出高低电平的目的，其他LED的控制，只需要修改对应的序号即可。
如果想取消LED1的GPIO功能，可以通过如下命令实现：
echo 122 > unexport
当然，如果是读取输入，如按键等，就设置方向为in输入，通过cat value来读取输入的状态。
4.shell脚本实现流水灯
好了，知道了如何实现GPIO的控制，那么如何方便、快捷的执行以上步骤呢？我们这里先介绍一种通过shell脚本的方式控制LED实现流水灯的效果：
#在home目录新建led_blink.sh脚本文件
touch led_blink.sh
#输入控制LED实现流水灯效果的代码
vi led_blink.sh
led_blink.sh的文件内容：
#!/bin/bash
#LED对应的GPIO
led1_pin=122
led2_pin=118
led3_pin=116
led4_pin=71
#echo $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin
#GPIO操作文件如果不存在则创建,否则不创建
for pin in $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin
do
#如果文件夹存在
if [ ! -d "/sys/class/gpio/gpio$pin/" ];
then
echo $pin > /sys/class/gpio/export
else
echo "$pin dir exist!"
fi
done
#GPIO方向设置为输出
for pin in $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin
do
echo out > /sys/class/gpio/gpio$pin/direction
done
#死循环
while true
do
#GPIO输出0/1
for pin in $led1_pin $led2_pin $led3_pin $led4_pin
do
echo "点亮$pin"
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio$pin/value
sleep 1
echo "熄灭$pin"
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio$pin/value
done
done
保存退出之后，通过如下命令执行这个脚本：
#添加可执行权限
chmod +x led_blink.sh
#执行脚本文件
./led_blink.sh
然后就可以看到流水灯效果了：
这种方式，没什么高深的技术，就是把之前通过一行一行的命令，转换成了自动化的脚本文件。为了写这种shell脚本，需要学习一些基本的shell语法。下面我们来介绍两种比较通用的方法，通过C语言文件读写的方式来实现流水灯效果。
5.ANSI C文件操作实现流水灯
只使用标准ANSI C文件操作来实现流水灯效果。标准C语言操作，常用的函数有
fopen/fclose/fwrite/fread/fseek等。无论是Linux还是Windows都是通用的。
/* ANSI C文件操作实现流水灯 By whik */
//包含printf和sleep等
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define LED1_PIN 122
#define LED2_PIN 118
#define LED3_PIN 116
#define LED4_PIN 71
#define GPIO_PATH "/sys/class/gpio/"
int main(void)
{
int led_table[4] = {LED1_PIN, LED2_PIN, LED3_PIN, LED4_PIN};
char path[100];
char cmd_export[100];
int i;
char *str;
FILE *fp; //文件指针
int cnt_w; //写入的字节数
//判断LED对应的操作文件夹是否存在，不存在自动创建
for(i = 0; i < 4; i++)
{
sprintf(path, "%sgpio%d", GPIO_PATH, led_table[i]); //sys/class/gpio/gpio122
if (!access(path, 0))
printf("%s 文件夹存在\n", path);
else
{
printf("%s 文件夹不存在\n", path);
sprintf(cmd_export, "echo %d > %sexport", led_table[i], GPIO_PATH);//echo 122 > /sys/class/gpio/export
system(cmd_export); //执行export命令
if(!access(path, 0)) //访问文件夹,确认创建成功
printf("%s 导出成功\n", path);
else
return -1;
}
}
//设置输出方向
for(i = 0; i < 4; i++)
{
sprintf(path, "%sgpio%d/direction", GPIO_PATH, led_table[i]);
fp = fopen(path, "r+");
if(fp != NULL) //打开成功
{
printf("%s 打开成功\n", path);
cnt_w = fwrite("out", 3, 1, fp);
if(cnt_w == EOF)
{
printf("方向写入失败\n");
return -1;
}
else
printf("方向写入成功\n");
fclose(fp); //文件关闭
}
else
{
printf("%s 文件打开失败\n", path);
return -1;
}
}
//流水灯效果
while(1)
{
for(i = 0; i < 4; i++)
{
sprintf(path, "%sgpio%d/value", GPIO_PATH, led_table[i]);
fp = fopen(path, "w+");
if(fp != NULL)
{
fwrite("0", 1, 1, fp);
fseek(fp, 0, SEEK_SET); //重新定位到文件起始
printf("%s 写入0\n", path);
sleep(1);
fwrite("1", 1, 1, fp);
printf("%s 写入1\n", path);
fseek(fp, 0, SEEK_SET);
fclose(fp);
}
else
{
printf("%s 文件打开失败\n", path);
}
}
}
return 0;
}
实现原理和之前的shell脚本也是一样的思路：
- 先判断LED对应的GPIO操作文件是否导出，如果没有导出则执行导出命令，否则不执行。
- 循环的方式，依次设置4个LED的方向为输出
- 循环的方式，控制4个GPIO的输出高低电平，外面是一个死循环
6.Linux 系统调用实现流水灯
Linux系统调用，常用的文件IO操作函数有open/close/read/write/lseek/ulink等。函数用法也很简单，和标准C语言用法几乎一样，这里不再介绍。
/* Linux 系统函数实现流水灯 */
//涉及到设备操作的,需包含以下头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
//包含close/read/write/lseek等函数
#include <unistd.h>
//包含printf/sprintf函数
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define LED1_PIN 122
#define LED2_PIN 118
#define LED3_PIN 116
#define LED4_PIN 71
#define GPIO_PATH "/sys/class/gpio/"
int main(void)
{
int led_table[4] = {LED1_PIN, LED2_PIN, LED3_PIN, LED4_PIN};
char path[100];
char cmd_export[100];
int i;
char *str;
int fd;
int cnt_w; //写入的字节数
//判断LED对应的操作文件夹是否存在，不存在自动创建
for(i = 0; i < 4; i++)
{
sprintf(path, "%sgpio%d", GPIO_PATH, led_table[i]); //sys/class/gpio/gpio122
if (!access(path, 0))
printf("%s 文件夹存在\n", path);
else
{
printf("%s 文件夹不存在\n", path);
sprintf(cmd_export, "echo %d > %sexport", led_table[i], GPIO_PATH);//echo 122 > /sys/class/gpio/export
system(cmd_export); //执行export命令
if(!access(path, 0)) //访问文件夹,确认创建成功
printf("%s 导出成功\n", path);
else
return -1;
}
}
//设置输出方向
for(i = 0; i < 4; i++)
{
sprintf(path, "%sgpio%d/direction", GPIO_PATH, led_table[i]);
fd = open(path, O_RDWR); //linux系统函数,失败返回-1
if(fd != -1) //打开成功
{
printf("%s 打开成功\n", path);
cnt_w = write(fd, "out", 3); //linux系统函数
if(cnt_w <= 0)
{
printf("方向写入失败\n");
return -1;
}
else
printf("方向写入成功\n");
close(fd); //linux系统函数,成功返回0
}
else
{
printf("%s 文件打开失败\n", path);
return -1;
}
}
//流水灯效果
while(1)
{
for(i = 0; i < 4; i++)
{
sprintf(path, "%sgpio%d/value", GPIO_PATH, led_table[i]);
fd = open(path, O_RDWR); //linux系统函数
if(fd != -1)
{
write(fd, "0", 1);
lseek(fd, 0, SEEK_SET); //重新定位到文件起始
printf("%s 写入0\n", path);
sleep(1);
write(fd, "1", 1);
printf("%s 写入1\n", path);
lseek(fd, 0, SEEK_SET);
close(fd);
}
else
{
printf("%s 文件打开失败\n", path);
}
}
}
return 0;
}
实现过程也很简单，就是对文件的读写，Linux下一切皆文件的含义你理解了吗？
我的公众号：mcu149
