Сегодня четвертый урок, на котором мы поработаем с портами GPIO, в частности помигаем светодиодом в разных режимах.

Урок ориентирован на начинающих пользователей и представлен в текстовом и видео-форматах.

Видео четвертого урока:

Для урока нам понадобится:

  • плата Raspberry Pi;
  • кабель питания;
  • USB-клавиатура;
  • USB-мышь;
  • монитор или телевизор с HDMI/RCA/DVI интерфейсом;
  • кабель, один конец которого RCA или HDMI, а другой соответствует вашему монитору;
  • SD-карта с уже установленной ОС Raspbian ();
  • светодиод;
  • кнопка;
  • резистор на 220 Ом
  • 3 провода «мама-папа»
  • 2 провода «папа-папа».

Программирование Raspberry Pi GPIO на языке Python

Для сегодняшнего урока мы выбрали язык программирования Python.

Python — современный объектно-ориентированный язык. Он наиболее часто используется для программирования GPIO на Raspberry Pi. Python входит в состав операционной системы Raspbian.

Сборка модели

Для работы нам потребуется собрать следующую схему:

Схема подключения светодиода и кнопки к Raspberry Pi

Обратите внимание, что порты GPIO на Raspberry Pi не подписаны, полезно иметь распечатанную распиновку.

Распиновка Raspberry Pi. Схема с ledgerlabs.us

Собранная модель со светодиодом и кнопкой

Управление светодиодом на Raspberry Pi из консоли

Заходим в LXTerminal и набираем:

После этого вместо имени пользователя в начале строки должно отобразиться >>> .

Вводим следующие строки:

Import RPi.GPIO as GPIO #импорт библиотеки
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #"включение" GPIO
GPIO.setup(7, GPIO.OUT) #объявление 7-го пина как выход

Затем для включения светодиода можно использовать команду
GPIO.output(7, 1)

А для выключения
GPIO(output(7, 0)

После работы с GPIO желательно выполнить команду
GPIO.cleanup()

Программа для мигания светодиодом на Raspberry Pi

Для автономной работы светодиода нам потребуется написать и запустить программу. Для этого откроем предустановленную программу IDLE 3 и в меню File нажмем New. В открывшемся окне мы можем писать программу.

Напишем:
import RPi.GPIO as GPIO #импорт библиотеки для работы с GPIO
import time #импорт библиотеки для ожидания
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #"запуск" GPIO


____GPIO.output(7, 1) #включение светодиода

____GPIO.output(7, 0) #выключение светодиода
____time.sleep(1) #ожидание 1 секунды

Сохраним программу в папке /home/pi.

Теперь мы можем запустить программу из LXTerminal с помощью команды
sudo python programname.py

Управление светодиодом с помощью кнопки

Поуправляем светодиодом с помощью внешней кнопки: когда кнопка зажата — светодиод горит, когда отжата — не горит.

Для этого подключим кнопку к порту 5.

Для управления нам потребуется следующая программа:

Import RPi.GPIO as GPIO #импорт библиотеки GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD) #"включение GPIO"
GPIO.setup(7, GPIO.OUT) #объявление порта 7 как выход
GPIO.setup(3, GPIO.IN) #объявление порта 3 как вход
while True: #бесконечный цикл
____if GPIO.input(3) == False: #если кнопка зажата
________GPIO.output(7, 1) #включаем светодиод
____else: #иначе
________GPIO.output(7, 0) #выключаем

Управление светодиодом с клавиатуры

Сделаем еще одну программу. Она будет менять состояние светодиода при получении пустой строки и заканчиваться при получении другой строки.

Import RPi.GPIO as GPIO
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(7, GPIO.OUT)
while True:
____str = input("Enter - включение, другое - выход ");
____if str != "":
________break
____else:
________GPIO.output(7, 1)
____str = input("Enter - выключение, другое - выход ");
____if str != "":
________break
____else:
________GPIO.output(7, 0)
GPIO.cleanup()

На этом четвертый урок по Raspberry Pi для начинающих закончен, продолжение следует!

В 2011 году одноплатный компьютер Raspberry Pi был выпущен для тех, кто устал искать готовые решения и решил творить технологическое окружение самостоятельно. В то время как Arduino – это игрушка в большей степени для любителей работать руками, «малиновый» продукт – разминка мозга для программистов.

Всего за 6 лет под Raspberry были адаптированы почти все популярные языки программирования. Какие-то имеют существенные ограничения, какие-то работают на полную катушку. Рассмотрим 9 представителей второй категории.

Scratch

Официальный сайт предлагает пользователям Raspberry первый делом обратиться к Scratch. Исходники языка уже включены в стандартную операционную систему Raspbian. Начать создание IoT с помощью Scratch может как взрослый специалист, так и совсем ещё ребёнок. Недаром он всего за 10 лет выбился в топ-20 языков по числу запросов в поисковиках.

Python

Возможно для вас это будет сюрпризом, но Pi в названии – это не математическая константа, а отсылка к Python. IDLE, стандартная среда разработки программ на Raspberry, работает как раз на змеином языке. На официальном сайте в разделе документация вы найдёте базовое руководство . Кроме того, благодаря Python Games и их исходникам, вы познакомитесь с возможностями языка.

HTML5 и CSS3

Компьютеры Raspberry Pi подходят для создания систем IoT, а встроенный браузер Epiphany - подходящий клиентский интерфейс. Это значит, что без языков веба не обойтись. HTML5 и CSS3 позволят вам решить вопрос создания виртуальной оболочки умного дома с минимальными затратами времени и незначительными ограничениями.

JavaScript

JavaScript - динамическая сила Raspberry Pi. Вы сможете поработать с ним благодаря платформе Node.js, позволяющей вам создавать десктопные и веб-приложения. Не стоит забывать про библиотеку jQuery, которая работает в любом браузере, и наполняет его привычными динамическими функциями.

Java

Возможность запустить Java-код на любой платформе – главная концепция языка. И эта концепция особенно полезна для таких платформ, как Raspberry Pi. Вы сначала отладите код на «большой» ОС, а потом перенесёте на Raspbian. При этом разработка приложений на Java внутри «малиновой» системы затруднительна - здесь нет полноценной среды для этого языка.

С

Так как Raspbian – ОС на базе Unix, в качестве базового языка здесь выступает С. С его помощью вы получите максимальную производительность без использования машинных команд. Это особенно важно для серверных систем в составе IoT. Надмножество языка, Objective-C, используется для написания приложений для iPhone и iPad, что также может пригодиться вам с «малиной».

C++

С++ пригодится там, где нужны и скорость, и безопасность, и чёткость работы. Спектр задач при этом невероятно широк – от работы непосредственно с железом до организации взаимодействия устройств и клиентов. С++ переменит на «малиновую» сторону опытных разработчиков из прошлого века и тех, кто до этого писал код лишь для микроконтроллеров.

Perl

Perl постепенно сдаёт позиции в мире больших машин, но в Raspberry Pi это пока один из основных инструментов. Он поставляется «из коробки», имеет множество расширений и дополнений, с его помощью можно организовать сбор информации или переписать Си-программу. Это ударит по быстродействию, зато работать с таким кодом на порядок проще.

Erlang

Erlang - язык программирования для создания сложных систем. Допустим вы разрабатываете на своем одноплатном друге атомную электростанцию или нейронно-вычислительную сеть. C++ или другой прикладной язык не подойдёт. А вот Erlang позволит вам минимизировать ошибки и извлечь максимум возможностей из Raspberry Pi. Конечно, если вы дорастете до этого уровня.

Как вы поняли, язык разработки для Rasberry Pi имеет третьестепенное значение. Выбор зависит от вкусовых предпочтений, от типа решаемой задачи и вашего опыта. А значит, Rasberry Pi станет вашим верным спутником в программировании, какой бы путь вы ни выбрали.

Вычислительных возможностей платы Raspberry Pi 3(далее по тексту Rpi3) более чем достаточно для разработки программ сразу в целевой системе. Однако процесс разработки можно ускорить и сделать более комфортным, если разрабатывать программное обеспечение для Rpi3 на своем персональном компьютере.

В данной статье я собираюсь описать процесс настройки кросс-компиляции в Eclipse под Windows. Также будет описана настройка Eclipse для работы с удаленной системой Raspbian на Rpi3.

Если вы впервые сталкиваетесь с Eclipse, то установить последнюю версию можно по ссылке Eclipse CDT .
Виртуальную машину Java, необходимую для работы Eclipse, можно загрузить по ссылке JRE .

После установки указанных выше компонентов интегрированная среда разработки Eclipse CDT сможет быть запущена на вашем компьютере. В качестве вспомогательных утилит будем использовать msys из пакета MinGW, поэтому необходимо также загрузить MinGW .

Осталось установить инструментальные средства для кросс-компиляции программ.
Для этого необходимо их загрузить по следующей ссылке toolchain .
На указанном сайте также имеется инструкция на английском языке по установке инструментария tutorial .

После установки инструментария в указанном вами каталоге будут находится также дополнительные утилиты в подкаталоге TOOLS:

  • – утилита для записи образа операционной системы Rpi3 на карту памяти.
  • SmarTTY – консольный SSH – клиент, позволяющий установить соединение с платой по протоколу SSH. Помимо стандартных функций имеет возможность загрузки файлов на плату из меню утилиты.
  • UpdateSysroot – командный файл Windows , запускающий процесс синхронизации файловой системы sysroot платы и инструментария.

Если вы только что приобрели плату Rpi3 и еще не успели установить операционную систему на карту памяти, то утилита WinFlashTool поможет вам это сделать.
Необходимо загрузить с официального источника образ операционной системы Raspbian .
Дальше распакуйте загруженный образ, установите карту памяти в кард-ридер и запишите на нее с помощью WinFlashTool образ операционной системы.

Настройка беспроводной сети WLAN на плате RPi3 описана в моей предыдущей статье.

С помощью утилиты SmarTTY установите соединение с платой. Это необходимо для исключения проблем во время настройки удаленного соединения в Eclipse.
Создайте новое соединение, указав IP -адрес платы, логин и пароль для входа (значения по-умолчанию для логина и пароля pi и raspberry соответственно).



Теперь нужно провести синхронизацию файловой системы sysroot. Для чего это нужно?
Представьте ситуацию, когда вы установили самую последнюю версию образа Raspbian и не выполнили синхронизацию.
В новой версии были добавлены или изменены заголовочные файлы и файлы библиотек. Работая с кросс-компилятором вы используете старые, не идентичные с последней версией системы, заголовочные и библиотечные файлы из каталога sysroot. Поэтому нет никакой гарантии, что успешно собранная на компьютере программа будет работать внутри платы RPi3.
Запускаем скрипт UpdateSysroot на выполнение и наблюдаем за обновлением файлов на компьютере (это может занять несколько десятков минут).

Настало время настроить удаленное соединение с платой Rpi3 в Eclipse . Запускаем Eclipse CDT , выбираем в главном меню пункт Window->Show View->Other… В открывшемся окне выбираем «remote systems».

После этого в нижней части экрана появиться новая вкладка «Remote Systems». В этой вкладке необходимо определить новое соединение, нажав на первую кнопку справа.

В открывшемся окне выбираем тип соединения «Linux».

После проделанных манипуляций в закладке «Remote Systems» появится новое соединение, которое имеет подразделы:

  • Sftp Files – в этом разделе можно просматривать содержимое удаленной файловой системы. Также возможно выполнять копирование файлов с помощью перетаскивания (Drag and Drop) из локального проекта на удаленную машину и обратно.
  • Shell Processes – раздел позволяет просмотреть запущенные на удаленной машине процессы.
  • Ssh Shells – в этом разделе можно открыть новый SSH -терминал и вводить команды прямо из Eclipse. Надобность в отдельной утилите при этом отпадает.






Таким образом с помощью закладки «Remote Systems» мы сможем копировать собранные на компьютере программы в файловую систему Rpi3 , запускать их на выполнение через Ssh Shells и удалять ненужный процесс в разделе Shell Processes .
Настало время создать новый проект в Eclipse и написать простую демонстрационную программу.
Создаем новый проект из главного меню File->New->C Project.

Для сборки я использую собственный , поэтому тип проекта нужно выбрать Makefile project->Empty Project

Далее вы можете просто скопировать мой Makefile в буфер клавиатуры (Ctrl+C) и вставить его в пустой проект Rpi3_Project (Ctrl+V).

Открыв Makefile в первой его строке после комментария вы увидите список используемых целей:

.PHONY: test project all clean

  • test – проверяет установлен ли в системе кросс-компилятор arm-linux-gnueabi-gcc и утилита make.
  • project - создает структуру каталогов внутри проекта.
  • all — производит сборку проекта.
  • clean — производит очистку проекта от временных файлов(в том числе исполняемого).

Теперь нужно убедиться в наличии инструментальных средств. Для этого необходимо выполнить команду make test.
Но сначала нужно добавить все четыре цели в закладку Make Target в правой части экрана.

Двойным щелчком мыши по цели test запускаем ее на исполнение и видим в окне Console примерно следующее:

Если сообщение не было выведено в консоль не смотря на то, что инструментарии arm-linux-gnueabihf и MinGW были ранее установлены, то это может означать только то, что не прописаны пути к инструментам в системной переменной Path . Необходимо добавить в Path путь к каталогу MinGW/msys/1.0/bin и каталогу bin пакета arm-linux-gnueabihf.

Теперь создадим структуру каталогов внутри проекта двойным щелчком на цели project (make project).

Makefile организован таким образом, что для компиляции исходных файлов их названия должны быть добавлены в переменную SRC, все остальные исходники не будут компилироваться даже если они расположены внутри каталога /src.

Структура каталогов проекта такова:

  • bin – каталог, содержащий исполняемый файл после сборки.
  • Debug – каталог с отладочной версией программы, которая не содержит оптимизации кода и содержит отладочную информацию.
  • Release – каталог с финальной версией программы, которая содержит оптимизированный код и не содержит отладочной информации.
  • inc – каталог для заголовочных файлов.
  • obj – содержит временные файлы сборки проекта, имеет подкаталоги Debug и Release.
  • src – исходные файлы проекта.

С помощью данного Makefile можно компилировать исходные файлы, написанные на таких языках программирования как C , C++, Assembler. При этом можно использовать все доступные языки программирования для создания одной программы.

В каталоге /src создадим новый исходный файл main.c, добавим в него следующие строки:

#include int main(int argc, char **argv); int main(int argc, char **argv) { printf("Welcome to the Raspberry Pi 3 programming\n"); return 0; }/* main */

#include

int main (int argc , char * * argv ) ;

int main (int argc , char * * argv )

printf ("Welcome to the Raspberry Pi 3 programming\n" ) ;

return 0 ;

} /* main */

Проверим, чтобы переменная SRC содержала название исходного файла main.c .
Дальше выполним сборку проекта, запустив цель all .
Теперь можно скопировать полученный исполняемый файл в домашний каталог на целевой плате используя перетаскивание файла мышью.

Сделаем правый клик мышью на разделе Ssh Shells для открытия контекстного меню, в котором необходимо выбрать Launch Shell . Откроется новая вкладка Remote Shell , в поле Command которой можно вводить команды оболочки.

Установим права доступа для скопированного файла Rpi3_Project с помощью команды:

sudo chmod 777 Rpi3_Project

Программирование Raspberry Pi 3 - это как раз то, для чего большинство людей и берет этот одноплатный компьютер. Здесь сразу же следует отметить, что в этом материале не будет изложено инструкций, подробно раскрывающих, как и что нужно делать - таких в «сети» полно. Однако, рекомендуется читать официальную документацию и специализированные формы. Вместо этого в статье будут рассмотрены основные моменты, из которых станет понятно, что на Raspberry Pi программирование не отличается сложностью.

Python - это основной язык Raspberry Pi

Почти все владельцы Raspberry Pi понимают, что означает первое слово в названии одноплатника - "малина". Однако второе многие интерпретируют неверно.

Некоторые считают, что оно означает "Пи" (3,14…), другие думают, что это первые две буквы слова Pie (пирог, и в этом есть смысл - "малиновый пирог"). Однако на деле все иначе.

Pi - это сокращение от Python, только с заменой y на i. Так часто делают в программировании. Взять, например, хотя бы KDE, где во многих программах вместо С написано K (в угоду стилю): Konsole (правильно - Console), Konqueror (Conqueror) и т. д.

То есть, как не трудно догадаться, в Raspberry основным языком является "Пайтон". Поэтому владельцу "Малины", который пока не знает никакого ЯП, рекомендуется изучать именно этот. Причин, почему Raspberry Pi 3 программирование на Python наиболее лучшее решение, существует множество.

Вот лишь некоторые из них:

  • работа из коробки в Raspbian;
  • наличие обширной, хорошо документированной официальной библиотеки, которая уже включена в пакет;
  • простота языка и т. д.

Здесь по понятным причинам не будем рассказывать о языке и особенностях программирования на нем - это можно и нужно делать на официальных ресурсах (или, если не позволяет плохое знание английского - на специализированных).

Вместо этого будет рассмотрено, насколько легко можно программировать "Малину". Для примера возьмем Raspberry Pi 3 GPIO программирование. Сделаем предположение, что в наличии имеется все необходимое: провода, светодиод, резистор и прочее, а также присутствует понимание распиновки - нумерации пинов. Также предположим, что светодиод подключен к 11 порту.

Написанный ниже код включает лампочку на 5 секунд, а затем выключает ее:

# вначале подключим необходимую библиотеку

import RPi.GPIO as GPIO

# также понадобится библиотека, которая отвечает за ожидание (она нужна, чтобы установить интервал включения и выключения лампочки)

# чтобы запустить GPIO, понадобится выполнить следующую функцию

GPIO.setmode(GPIO.BOARD)

# теперь Python знает о GPIO, и ему можно указать на то, с каким портом нужно будет работать и что он должен делать (в данном случае - 11-м и он будет работать на выход)

GPIO.output(11, 1)

# теперь выключим (0 - значит false)

GPIO.output(11, 0)

Указанный код можно скопировать, вставить в документ и сохранить его с расширением.py, расположив, например, в домашней директории. Затем его нужно запустить командой: python ~./имя_файла.py.

Если все работает, то оборудование исправно.

Следует отметить, что, если вы плохо понимаете вышеуказанный код, обратитесь к документации и изучите основы программирования на Python, а также библиотеку GPIO. А если у вас есть хотя бы базовое понимание любого ЯП, то осознаете, что приведенный пример предельно прост.

Программирование на других языках под Raspberry

Программирование на C для Raspberry Pi или на других языках программирования почти ничем не отличается от того, что предполагает написание кода под другими платформами. Единственное - необходимы специальные библиотеки.

Библиотека WiringPi для работы с GPIO

Если интересует Raspberry Pi программирование на C/С++ и работа с GPIO, то требуется установить в систему непосредственно сам gcc, а затем библиотеку wiringPi - ее можно найти на GitHub. В описании к ней присутствует мануал по использованию.

Следует отметить, что для установки библиотек из GitHub, требуется утилита GIT. Если в системе ее нет, понадобится поставить из репозитория (полное имя: git-core).

Программирование "Малины" при помощи Java

Желающие программировать Raspberry Pi на Java, должны обратить внимание на Pi4J - библиотеку, которая предназначена специально для работы с "Малиной". Загрузить и узнать о ее особенностях можно на официальном сайте проекта.

Интересно то, что изначально "Малина" разрабатывалась непосредственно для обучения детей программированию. Создатель этого устройства заметил, что уровень понимания функционирования компьютеров у современных студентов значительно ниже, чем у тех, кто учился в 90-х. Он связал это с тем, что вычислительные устройства стали предельно просты: если раньше увлеченным электроникой детям и подросткам приходилось разбираться в командах терминала и даже самостоятельно писать код, теперь все делается посредством нажатия на пару кнопок.

Поэтому, естественно, предусмотрено визуальное программирование Raspberry Pi. В частности, для этого применяется язык Scratch со специальным сервером - GPIOSERVER. В Сети существует множество мануалов, которые помогают освоиться с соответствующими программами, поэтому рассматривать их смысла нет.

Перечисленными языками не ограничиваются возможности "Малинки". С ней можно взаимодействовать в том числе и при помощи PHP, Ruby, Perl и прочих ЯП. Почти под каждый популярный язык существуют хоть и не официальные, но зато рабочие и достаточно функциональные библиотеки. Однако опять следует упомянуть, что лучше для программирования Raspberry использовать именно "Пайтон".

До сих пор Raspberry Pi остается одним из самых популярных технологических гаджетов.На эту плату Вы можете установить практически любую операционную систему. Но сегодня мы поговорим о том, как писать программы для этой платы без операционной системе, пользуясь лишь аппаратными средствами.

В чем подвох?

На первый взгляд задача кажется тривиальной: скачиваем keil, создаем проект… Но все не так просто. Все среды программирования(keil, IAR, Atolic) поддерживают максимум ARM9.У нас же ARM11. Это связано с негласным правилом, что на голом железе пишут до ARM9, а после на Линуксе. Но все-таки есть одна лазейка: arm-none-eabi-gcc поддерживает любой ARM.
Вторая проблема заключается в том, что под данный процессор(BCM2835) нет никаких конфигурационных файлов, header"ов и т.д. Здесь нам на помощь придет загрузчик Raspberry Pi. И ничего, что он пропритетарный. Он выполняет две функции: инициализирует процессор и его периферию, а также передает управление ядру kernel.img. Мы просто замаскируем свою программу под ядро и загрузчик её запустит.

Что нам понадобится?

1) Сама Raspberry Pi, карта памяти к ней и питание.
2) Даташит на процессор
3) Компьютер с установленным Linux (но может быть можно и на Винде. Не знаю, не пробовал).
4) Кросскомпилятор, установленный на компьютере из пункта 3. Я использую arm-none-eabi-gcc
5) Содержимое этой папочки.

Приготовления.

Нам нужно отформатировать карту памяти в FAT16 и закинуть на нее содержимое этой папки . Это загрузчик плюс ядро. Затем удаляем оттуда файлы kernel.img и kernel_emergency.img. Это ядро Linux, а оно нам не нужно.

Первая программа.

Теперь мы можем приступить к написанию первой программы. Создаем файл main.c и пишем следующий код
int main (void) { while(1) { } } void exit (void) { while(1) { } }
Как видите, эта программа ничего не делает. Функция exit зачем-то нужна компилятору.
Теперь соберем её.
arm-none-eabi-gcc -O2 -mfpu=vfp -mfloat-abi=hard -march=armv6zk -mtune=arm1176jzf-s -nostartfiles main.c -o kernel.elf
arm-none-eabi-objcopy kernel.elf -O binary kernel.img

Полученный файл kernel.img кидаем на карту памяти. Готово!

GPIO

Вряд ли Вас устроит программа, которая не будет делать абсолютно ничего. Сейчас попробуем зажечь лампочку.
Для начала объявим адрес, по которому лежит GPIO(это можно прочитать в даташите).
#define GPIO_BASE 0x20200000UL

И объявим переменную, которая определяют, что порт настроен на выход (GPIO_GPFSEL1) и переменную, подающую низкий уровень(то есть лампочка горит) на порт (GPIO_GPCLR0).
#define GPIO_GPFSEL1 1
#define GPIO_GPCLR0 10

Ну и наконец модифицируем главную функцию для зажигания лампочки:
volatile unsigned int* gpio; int main(void) { gpio = (unsigned int*)GPIO_BASE; gpio |= (1 << 16); gpio = (1 << 16); while(1) { } }

Собираем, прошиваем и радуемся.

В следующей части попробуем поиграться с таймерами и прерываниями.