树莓派之wiringPi库(串口通信)
树莓派wiringPi库详解
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。
**注：编译要+ -lwiringPi 才能编译成功**
安装
进入http://wiringpi.com/download-and-install/
sudo apt-get install wiringpi查看是否安装以及版本
gpio -v
查看引脚
gpio readallwiringPi库API大全
在使用wiringPi库时，你需要包含头文件 #include<wiringPi.h>。凡是写wiringPi的程序，都包含这个头文件。
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 | / |
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
|
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。 | 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 |
例子：
继电器操作
#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <string.h>
#define swi1 26
#define swi2 27
#define swi3 28
#define swi4 29
int main()
{
char cmd[16]={0};
if(wiringPiSetup()==-1){
printf("初始化失败\n");
}
pinMode(swi1,OUTPUT);//初始化
pinMode(swi2,OUTPUT);
pinMode(swi3,OUTPUT);
pinMode(swi4,OUTPUT);
digitalWrite(swi1,HIGH);//高电平关灯
digitalWrite(swi2,HIGH);
digitalWrite(swi3,HIGH);
digitalWrite(swi4,HIGH);
while(1){
memset(cmd,0,sizeof(cmd));
printf("请输入开关1,2,3,4，on为开，off为关\n");
gets(cmd);
if (strcmp(cmd,"1 on")==0){
digitalWrite(swi1,LOW);
}
else if(strcmp(cmd,"1 off")==0){
digitalWrite(swi1,HIGH);
}
else if (strcmp(cmd,"2 on")==0){
digitalWrite(swi2,LOW);
}
else if (strcmp(cmd,"2 off")==0){
digitalWrite(swi2,HIGH);
}
else if (strcmp(cmd,"3 on")==0){
digitalWrite(swi3,LOW);
}
else if (strcmp(cmd,"3 off")==0){
digitalWrite(swi3,HIGH);
}
else if (strcmp(cmd,"4 on")==0){
digitalWrite(swi4,LOW);
}
else if (strcmp(cmd,"4 off")==0){
digitalWrite(swi4,HIGH);
}
else if (strcmp(cmd,"all on")==0){
digitalWrite(swi1,LOW);
digitalWrite(swi2,LOW);
digitalWrite(swi3,LOW);
digitalWrite(swi4,LOW);
}
else if (strcmp(cmd,"all off")==0){
digitalWrite(swi1,HIGH);
digitalWrite(swi2,HIGH);
digitalWrite(swi3,HIGH);
digitalWrite(swi4,HIGH);
}
}
return 0;
}超声波距离操作
#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <sys/time.h>
#define Trig 4
#define Echo 5
float getDistance()
{
float dis;
long start;
long end;
struct timeval tv1;
struct timeval tv2;
/* struct timeval {
* time_t tv_sec; // 秒
* suseconds_t tv_usec; // 微秒
* };
* */
digitalWrite(Trig, LOW); // 先通入低电平，避免后续误差过大
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(Trig, HIGH);
delayMicroseconds(10); // 树莓派发送 10us 脉冲信号
digitalWrite(Trig, LOW);
while(digitalRead(Echo) != HIGH); // HIGH（1），检测到高电平时跳出循环
gettimeofday(&tv1, NULL); // 获取时间（此为高电平开始时间）
while(digitalRead(Echo) != LOW); // LOW（0），检测到低电平跳出循环
gettimeofday(&tv2, NULL); // 获取时间（此为低电平开始时间，即为高电平结束时间）
start = tv1.tv_sec * 1000000 + tv1.tv_usec; // 单位（微秒）
end = tv2.tv_sec * 1000000 + tv2.tv_usec; // 单位（微秒）
dis = (float)(end - start) / 1000000 * 34000 / 2; // 距离计算（高电平时间 * 音速 / 2）
return dis;
}
int main()
{
float dis;
if(wiringPiSetup() == -1){ // 硬件初始化
printf("硬件初始化失败！\n");
return -1;
}
pinMode(Trig, OUTPUT); // 配置端口为输出模式
pinMode(Echo, INPUT); // 配置端口为输入模式
pullUpDnControl(Echo, PUD_UP); // 对一个设置 IO 模式为 INPUT 的输入引脚设置拉电阻模式
// PUD_UP 启用上拉电阻，引脚电平拉到 3.3v
while(1){
dis = getDistance();
printf("distance = %0.2fcm\n",dis);
delay(1000);
}
return 0;
}时间控制函数
| 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 |
多线程
wiringPi提供了简单的Linux系统下的通用的 Posix threads线程库接口来支持并发。
| int piThreadCreate(name) | name:被包装的线程执行函数 返回：状态码。返回0表示成功启动，反之失败。 | 包装一个用PI_THEEAD定义的函数为一个线程，并启动这个线程。 首先你需要通过以下方式创建一个特特殊的函数，这个函数中的代码就是在新的线程中将执行的代码。，myTread是你自己线程的名字，可自定义。 |
| piLock(int keyNum) | keyNum:0-3的值，每一个值代表一把锁 | 使能同步锁。wiringPi只提供了4把锁，也就是keyNum只能取0~3的值，官方认为有这4把锁就够了。 keyNum：0,1,2,3 每一个数字就代表一把锁。 源代码： void piLock (int keyNum) |
| piUnlock(int keyNum) | keyNum:0-3的值，每一个值代表一把锁 | 解锁，或者说让出锁。 源代码： void piUnlock (int key) |
| int piHiPri (int priority) | priority：优先级指数，0~99 返回值：0，成功 -1:，失败 | 设定线程的优先级，设定线程的优先级变高，不会使程序运行加快，但会使这个线程获得相当更多的时间片。priority是相对的。比如你的程序只用到了主线程， 和另一个线程A，主线程设定优先级为1，A线程设定为2，那也代表A比main线程优先级高。 |
凡是涉及到多线程编程，就会涉及到线程安全的问题，多线程访问同一个数据，需要使用同步锁来保障数据操作正确性和符合预期。
当A线程锁上 锁S 后，其他共用这个锁的竞争线程，只能等到锁被释放，才能继续执行。
成功执行了piLock 函数的线程将拥有这把锁。其他线程想要拥有这把锁必须等到这个线程释放锁，也就是这个线程执行piUnlock后。
同时要扩展的知识是：volatile 这个C/C++中的关键字，它请求编译器不缓存这个变量的数据，而是每次都从内存中读取。特别是在多线程下共享放变量，必须使用volatile关键字声明才是保险的。
softPwm，软件实现的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
| 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 |
串口通信
使用时需要包含头文件：#include <wiringSerial.h>
| 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。 |
初次使用树莓派串口编程，需要配置
sudo vi /boot/cmdline.txt
删除【】之间的部分
dwc_otg.lpm_enable=0 【console=ttyAMA0,115200】 kgdboc=ttyAMA0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait例子:
//树莓派和电脑串口
#include <stdio.h>
#include <wiringSerial.h>
#include <wiringPi.h>
int main()
{
int fd;
int cmd;
wiringPiSetup();
fd=serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600);
while(1){
while(serialDataAvail(fd)!=-1){
cmd=serialGetchar(fd);
if(cmd=='2'){
serialPuts(fd,"c22\r\n");
}else if(cmd=='3'){
serialPuts(fd,"c33\r\n");
}
}
}
return 0;
}//语音模块
#include <stdio.h>
#include <wiringSerial.h>
#include <wiringPi.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int fd;
int n_read;
char readBuf[128]={'\0'};
wiringPiSetup();
fd=serialOpen("/dev/ttyAMA0",9600);
while(1){
n_read=read(fd,readBuf,sizeof(readBuf));
if(strlen(readBuf)==0){
printf("chaoshi!\n");
continue;
}
if(strstr(readBuf,"open")!=NULL){
printf("open ligth!\n");
}
if(strstr(readBuf,"close")!=NULL){
printf("close light!\n");
}
memset(readBuf,'\0',sizeof(readBuf)/sizeof(readBuf[0]));
}
return 0;
}shift移位寄存器芯片API
需要包含头文件 #include <wiringShift.h>
| void shiftOut (uint8_t dPin, uint8_t cPin, uint8_t order, uint8_t val) | dPin：移位芯片的串行数据入口引脚，比如74HC595的SER脚 cPin：移位芯片的时钟引脚。如74HC595的11脚 order： LSBFIRST 先发送数据的低位 MSBFIRST先发送数据的高位
val：要发送的8位数据 | 将val串化，通过芯片转化为并行输出 如常见的74HC595 |
| uint8_t shiftIn (uint8_t dPin, uint8_t cPin, uint8_t order) | 同上。 | 将并行数据，通过芯片转化为串行输出。 |
树莓派硬件平台特有的API
并没有列全，我只是列出了相对来说有用的，其他的，都基本不会用到
| pwmSetMode (int mode) | mode：PWM运行模式 | 设置PWM的运行模式。 pwm发生器可以运行在2种模式下，通过参数指定： |
| pwmSetRange (unsigned int range) | range，范围的最大值 0~range | 设置pwm发生器的数值范围，默认是1024 |
| pwmSetClock (int divisor) | This sets the divisor for the PWM clock. To understand more about the PWM system, you’ll need to read the Broadcom ARM peripherals manual. | |
| piBoardRev (void) | 返回：树莓派板子的版本编号 1或者2 | / |