Programação GPIO
Esta página explica como programar as saídas GPIO (General Purpose Input/Output) da Labrador, que são basicamente pinos nos quais você pode enviar e receber dados. Para facilitar a programação, a placa Labrador segue a interface padrão para userspace para Linux embarcado. O tutorial desta página funciona tanto com a Labrador 32 quanto 64-bits.
Além disso, a placa Labrador 32-bits é compatível com o formato da Raspberry Pi, e possui a biblioteca wiringK9
, baseada na wiringPi, também da Raspberry Pi. Mais detalhes desta biblioteca pode ser encontrado nessa página Wiring K9.
Configuração dos pinos
A configuração de pinos para o cabeçalho de GPIO é a seguinte:
Interface GPIO do Linux
O kernel Linux implementa em si uma solução de acesso à GPIO atraves de um modelo de criação e consumo de GPIO. Os drivers de criação são drivers como o controlador de GPIO que será detalhado nesta página, os consumidores são os drivers como sensores que utilizam estas linhas GPIO.
Dentro do kernel Linux existe uma estrutura de alocação e registradores dos pinos GPIO chamado gpiolib, esta estrutura cobre os drivers em nível de kernel e userspace.
As bibliotecas de espaço de usuário são, até a versão 4.7 do Kernel Linux a sysfs
e a partir da versao 4.8 a chardev
. Embora a placa Labrador esteja atualmente no Kernel 4.19, ambas ainda são compatíveis e cobriremos o uso das duas interfaces de espaço de usuário.
Interface sysfs
Na interface sysfs o usuário tem acesso às GPIO através de arquivos exportados em /sys/class/gpio
. Para isso é necessário exportar um arquivo para cada GPIO, configurar a porta e escrever na mesma.
Identificando o número da GPIO
No método sysfs utiliza-se o número absoluto das GPIO para exportá-las individualmente. A Labrador possui 5 grupos de GPIO (A, B, C, D e E). Cada um desses possui 32 pinos agrupados, portanto para indicar o valor absoluto do pino temos um offset dado pelo grupo mais o valor do pino, este offset seguem a lógica a seguir:
- A: 0
- B: 32
- C: 64
- D: 96
- E: 128
Portanto se quisermos acessar o pino 3 do header GPIO, no caso seria GPIOE3, portanto devemos exportar o pino GPIO 128+3=131. Isto seria feito com a seguinte linha de terminal:
$ echo 131 > /sys/class/gpio/export
Configurando a direção do pino
Após exportado o pino devemos configurar a direção do mesmo entre input (in
) ou output (out
). Para isto basta escrever no GPIO exportado o valor requerido. No nosso exemplo colocaremos como output:
$ echo out > /sys/class/gpio/gpio131/direction
Escrevendo ou lendo no pino
Para escrever no pino configurado como output basta enviar o valor para o parâmetro value
do pino. No nosso exemplo colocaremos o valor 1 no pino:
$ echo 1 > /sys/class/gpio/gpio131/value
Caso o pino seja definido como input basta ler este mesmo arquivo.
$ cat /sys/class/gpio/gpio131/value
Lendo um parâmetro
O comando cat
pode ser usado nestes arquivos de parâmetros para ler o que já foi configurado dos pinos ficamos então com os seguinte exemplo completos para configuração do pino GPIOE3 como output em alta e GPIOE2 como input:
$ echo 131 > /sys/class/gpio/export #Exportando GPIOE3 $ echo out > /sys/class/gpio/gpio131/direction #Definindo como output $ echo 1 > /sys/class/gpio/gpio131/value #Escrevendo o valor 1 $ cat /sys/class/gpio/gpio131/direction #Lendo a direção do pino out $ cat /sys/class/gpio/gpio131/value #Lendo o valor do pino 1 $ echo 130 > /sys/class/gpio/export #Exportando GPIOE2 $ echo in > /sys/class/gpio/gpio130/direction #Definindo como input $ cat /sys/class/gpio/gpio130/value #Lendo o valor do pino 0 $ cat /sys/class/gpio/gpio130/direction #Lendo a direção do pino in
Interface chardev
A interface chardev é a interface padrão do kernel Linux a partir do kernel 4.8, apesar de esta solução não permitir o uso de comandos padrão do terminal linux para controle da gpio como echo
e cat
usados anteriormente, esta API utiliza a biblioteca libgpiod que provê uma série de ferramentas para uso em terminal e também para uso em C, com bibliotecas de vinculações disponíveis em C++ e Python. A solução chardev é mais simples, elegante e robusta que a sysfs.
Identificando o número da GPIO
Para o chardev os diferentes controladores de GPIO possuem pastas diferentes, chamados gpiochip. No caso temos A=0, B=1, C=2, D=3, E=4. Portanto, os pinos agora serão definidos pelo controlador e pela linha dentro do mesmo.
libgpiod no terminal
gpiodetect
Os controladores podem ser identificados com o comando gpiodetect
disponível pelo libgpiod
$ gpiodetect gpiochip0 [209c000.gpio] (32 lines) gpiochip1 [20a0000.gpio] (32 lines) gpiochip2 [20a4000.gpio] (32 lines) gpiochip3 [20a8000.gpio] (32 lines) gpiochip4 [20ac000.gpio] (32 lines)
gpioinfo
O comando gpioinfo
fornece as informações dos pinos de cada controlador, por exemplo para exemplos dos pinos do controlador E:
$ gpioinfo 0 line 0: unnamed unused input active-high line 1: unnamed unused input active-high line 2: unnamed unused input active-high
No caso, nenhum destes pinos está em utilização.
gpioget
Os pinos estão configurados como entrada por padrão, para acessar os valores de entrada dos pinos basta utilizar o comando gpioget
, no exemplo o pino GPIOE3 (controlador 4, pino 3)
$ gpioget 4 3 0
gpioset
O comando gpioset
muda a direção para output e define o valor do mesmo, no exemplo definiremos o GPIOE3 para alto:
$ gpioset 4 3=1 1
gpiomon
Este comando é utilizado para interrupções e eventos, ele monitorará o pino para mudanças e retornará as mudanças encontradas.
$gpiomon 4 3 event: RISING EDGE offset: 3 timestamp: [ 322.073816438] event: FALLING EDGE offset: 3 timestamp: [ 323.467289198] event: RISING EDGE offset: 3 timestamp: [ 324.245127683]Utilizando chardev em C
A API chardev facilita o uso em programas em C, alguns exemplos podem ser encontrados com facilidade, como estes.