【ODYSSEY-STM32MP157C】驱动 GPIO 实现呼吸灯

Grove 接口

Grove 是一种规范的嵌入式开发套件连接接口定义。

什么是 Grove 系统

Grove 是一个模块化的标准连接器原型系统。Grove 采用积木式组装电子技术。与基于跳线或焊接的系统相比，连接、试验和构建更容易，并简化了学习系统。Grove 系统允许你构建真正的系统。因而它需要一些学习和专业知识才能正确地将物件联接起来。

Grove 系统由基本处理单元（树干）和具有标准化连接器的各种模块（树枝）组成。基本单元（通常为微处理器）允许从 Grove 模块轻松连接任何输入或输出。每个 Grove 模块通常都可以处理单个功能，例如简单的按钮或更复杂的心率传感器。

如果您使用的处理单元没有 Grove 接口。您可以使用 Grove 转 Pin Header 转接线，从 Raspberry Pi 或 Arduino 的针脚连接到 Grove 模块。

当然，ODYSSEY-STM32MP157C 提供了两个 Grove 接口，一个是数字 Grove 接口，一个是 I2C Grove 接口。用户可以通过这两个 Grove 接口快速搭建项目原型。我整理了一些 Grove 模块资料，有需要的小伙伴可以点击购买。

快速测试 Grove 模块

想要在 ODYSSEY-STM32MP157C 开发板上测试 Grove 模块非常简单，因为 Seeed Studio 已经为我们提供了一个基于 Python 的 Grove 库（​​https://github.com/Seeed-Studio/grove.py​​）。里面有许多测试程序，包括按钮、LED、显示屏、电机等模块。

但是在使用这些库之前，我们还需要做一些工作！如果你已经完成了上一节《【ODYSSEY-STM32MP157C】环境搭建与系统运行》的环境搭建，那么接下来，我们就可以直接来测试 GPIO 了。

首先，安装 Grove.py

sudo pip3 install

然后，下载 grove.py 库源代码

git

进入 grove 目录，运行示例

cd grove.py/grove
sudo

此时，如果你插上了 Grove Kit 扩展板，并在 5 号 Grove 接口上接入 IO 模块（比如 LED 灯、继电器），将会看到 LED 灯闪烁或继电器开合动作。

​​

使用 Libgpiod 库

本着勤俭节约的精神，我没有入手 Grove 模块，而是用白嫖的 ODYSSEY-STM32MP157C 开发板 + 现有的 LED 模块来完成实验。没有的小伙伴赶紧上车啦～

• ODYSSEY-STM32MP157C
• LED 模块

那不用 Grove 库，应该怎么操作 GPIO 呢？答案是 —— libgpiod 库！

从 Linux 4.8 开始，不再推荐使用 sysfs 接口（/sys/class/gpio）操作 GPIO，而是建议在用户空间使用字符设备进行操作，libgpiod 就是一个用于操作 GPIO 字符设备的库，同时提供了一些工具，方便开发者进行调试。

• ​​gpiodetect​​ —— 列出系统上存在的所有 gpiochip，以及它们的名称、标签和 GPIO lines。
• ​​gpioinfo​​ —— 列出指定 gpiochip 的所有 line，以及它们的名称、使用者、方向、活动状态和其他标志。
• ​​gpioget​​ —— 读取指定 GPIO line 的值。
• ​​gpioset​​ —— 设置指定的 GPIO line 的值。
• ​​gpiofind​​ —— 通过名称找到对应的 gpiochip 及行内偏移量。
• ​​gpiomon​​ —— 等待指定 GPIO 线上的事件，或指定要监视的事件。

例如：

# gpiodetect 
gpiochip0 [GPIOA] (16 lines)
gpiochip1 [GPIOB] (16 lines)
gpiochip2 [GPIOC] (16 lines)
gpiochip3 [GPIOD] (16 lines)
gpiochip4 [GPIOE] (16 lines)
gpiochip5 [GPIOF] (16 lines)
gpiochip6 [GPIOG] (16 lines)
gpiochip7 [GPIOH] (16 lines)
gpiochip8 [GPIOI] (16 lines)
gpiochip9 [GPIOZ] (16 lines)

控制 LED 闪烁

我在 40 pin 扩展接口的 GPIO_A14（7号管脚）接了一个 LED 模块，而 GPIO_A14 对应 gpiochip0 的 line 14，因此，通过如下命令即可控制 LED 的亮灭。

gpioset gpiochip0 14=1    # 高电平
gpioset gpiochip0 14=0    # 低电平

因此，我们可以通过这种方式写个 shell 脚本来实现 LED 灯闪烁的效果。

#!/bin/bash
while :
do
    gpioset gpiochip0 14=0
    sleep 0.5
    gpioset gpiochip0 14=1
    sleep 0.5
done

运行该 shell 脚本，效果如下：

实现呼吸灯效果

要实现呼吸灯效果，通常采用 DAC 数模转换 和 PWM 控制 两种方式，当然软件 PWM 也能实现，但从运行效率来讲并不是很好的方法。同时，由于 STM32MP157C 中包含一个 Cortex-M4 核，因此，我们可以在 M4 侧实现呼吸灯，完全采用 STM32 MCU 的编程方法即可。

还是那个 LED 模块，这次选择 GPIO_A3（29号管脚），因为 PA3 有定时器功能，因此可以设置为 PWM 控制输出模式。

1. 打开 STM32CubeIDE，创建新工程，选择 STM32MP157C 芯片。
3. 将 PA3 引脚分配给 Cortex-M4 核，配置 PA3 为 TIM2_CH4 模式，配置 Timer2，使能 Channel 4，如下图所示。



5. 接着配置 TIM2 参数。由于 Timer 的频率为 64 MHz，因此预分频系数设置为 64-1，自动重载值设置为 1000-1。所以 PWM 频率为 64,000,000 / 64 / 1000 = 1000 Hz。



6. 接着，我们在一个周期内（比如 1ms）调节 PWM 的占空比（dutyCycle）即可实现呼吸灯效果，main 函数代码如下。

int main(void)
{
    /* USER CODE BEGIN 1 */
    uint16_t dutyCycle = 0;
    /* USER CODE END 1 */
    
    /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
    HAL_Init();

    if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())
    {
        /* Configure the system clock */
        SystemClock_Config();
    }

    /* Initialize all configured peripherals */
    MX_GPIO_Init();
    MX_TIM2_Init();
    
    /* USER CODE BEGIN 2 */
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_4);
    /* USER CODE END 2 */

    /* USER CODE BEGIN WHILE */
    while (1)
    {
        while (dutyCycle < 1000)
        {
            dutyCycle++;
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_4, dutyCycle);
            HAL_Delay(1);
        }
        HAL_Delay(200);

        while (dutyCycle > 10)  /* 为了效果好一点，我故意不让LED全灭 */
        {
            dutyCycle--;
            __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_4, dutyCycle);
            HAL_Delay(1);
        }
        HAL_Delay(400);
    }
}

1. 点击 STM32CubeIDE 工具栏的“锤子”编译工程，将在 /CM4/Debug/ 目录下生成 elf 文件（比如 led_CM4.elf）。
2. 将刚生成的 led_CM4.elf 文件放到 ODYSSEY-STM32MP157C 的​​/lib/firmware​​ 目录，并执行如下操作。

echo led_CM4.elf > /sys/class/remoteproc/remoteproc0/firmware
echo start >

此时，Cortex-M4 侧的固件已经运行起来了！呼吸灯效果如下：

附录