【树莓派系列】树莓派wiringPi库详解，官方外设开发

树莓派wiringPi库详解，官方外设开发

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 uartmidi-uart0midi-uart1midi-uart2midi-uart3midi-uart4midi-uart5miniuart-btqca7000-uart0uart0uart1uart2uart3uart4uart5

2. 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、3	UART0(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4B	UART0(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	TX	RX	所指向的设备节点
UART0	15	16	-> ttyAMA0
UART2	30	31	-> ttyAMA1
UART3	7	21	-> ttyAMA2
UART4	10	13	-> ttyAMA3
UART5	26	23	-> 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'
>>> 

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
UART2	TXD2 (30)	RXD2 (31)
UART3	RXD3 (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