Avietės knopkių programavimas

Kaip jau minėjau, savo avietinį serverį patobulinau keliais raudonais mygtukais. Bet mygtukai mygtukais, o juos reikia dar ir prijungti bei padaryti, kad kompiuteris į jų paspaudimus reaguotų. Trumpai tariant, reikia truputuką paprogramuoti.

Mygtukus aš prijungiau per modifikuotą IDE kabelį prie Raspberry Pi GPIO elektrodų krūvelės. GPIO reiškia „bendros paskirties įvestis/išvestis“. Na, žodžiu, tokie elektrodai, kuriuos galima naudoti bet kam, kam tik norisi. Panašiai, kaip ir mikrokontrolerių, šie elektrodai turi po kelias paskirtis kiekvienas. Tarkim, yra I²C ir SCL (čia tokie protokolai mikroschemoms bitukais keistis) magistralių elektrodai, tačiau juos galima panaudoti ir kaip paprastus loginius įvesties/išvesties elektrodus.

Štai tie elektrodai kairiajame kampe. Arčiausiai esantis elektrodas yra numeris vienas:

Jų išdėstymas ir aprašymas yra štai toks:

Kaip matote, tikrų, panaudojamų elektrodų ne tiek ir daug. Kartojasi 3,3 V, 5 V maitinimas, „žemė“, o kiti elektrodai turi tam tikrą paskirtį. Aišku, jei trūksta elektrodų, o paskirtis nelabai svarbi, beveik visus, išskyrus maitinimo, galima naudoti pagal GPIO paskirtį.

Mano įrenginyje GPIO 18 jau panaudotas infraraudonojo valdymo davikliui. Kad nereikėtų nieko perkonfigūruot, ten jį ir paliksiu. O mygtukams panaudosiu GPIO 22, 23 ir 24 elektrodus.

Pirmasis punktas, dėl kurio reikėjo apsispręsti, kaip į elektrodą nusiųsti signalą. Tarkim, kad nustatom elektrodo kryptį „IN“, t.y. kad jis lauktų signalo. Jeigu tuo metu patikrinsim jo reikšmę, ji bus lygi nuliui. Jeigu į elektrodą įjungsim teigiamą įtampą, jo reikšmė taps lygi vienetui.

Antrasis punktas. Raspberry Pi logika veikia 3,3 V lygmenyje. Ir nesvarbu, kad yra 5 V elektrodai kokiai nors įrangai prijungti ar netgi maitinti patį Raspberry Pi (ir taip galima, pasirodo). Jei koks iš GPIO elektrodų gaus 5 V, jam šakės nesugrįžtamai. Tiesiai, beje, 3,3 V irgi jungti negalima, nes elektrodai gali „suvalgyti“ tik tam tikrą kiekį srovės — iki 50 mA. Reiškia, loginį vienetą galima padaryti prijungus 3,3 V įtampą per rezistorių.

Trečias punktas — trys mygtukai ir trys rezistoriai… Na, detalių nedaug, bet vis tiek papildomas terliojimasis. Su Arduino (arba, tiksliau, su ATMega procesoriumi) galima iškirsti tokį fintą: nustatyti elektrodo kryptį „IN“ ir įrašyti į jį loginį vienetą. Kas bus? Ogi jei nuskaitysim tą elektrodą, jo reikšmė ir bus vienetas. O va jei jį užtrumpinsim į „žemę“, jo reikšmė taps lygi nuliui. Taigi, galima prie elektrodo jungi mygtuką, kuris jį trumpintų į „žemę“. Papildomo rezistoriaus nereikia. Šitas fintas vadinamas „pullup rezistoriaus įjungimu“. Nežinau, kaip „pullup“ lietuviškai. Esmė, kad tas rezistorius palaiko loginio vieneto lygį.

Ketvirtas punktas. Pavyko rasti, kad Raspberry Pi elektrodai turi vidinius pullup ir pulldown rezistorius. Dabar tik išsiaiškinti, kaip juos valdyti.

Penktas punktas. Radau pavyzdinį shell skriptuką, kuris turėtų padėti.

Kai jau padariau tokį tiriamąjį darbelį, laikas paeksperimentuoti su elektrodais. Kol kas tiesiai iš komandinės eilutės, kad „apsitrinčiau“.

Kaip ir bet kas Linux’e (arba kitose Unix atmainose), GPIO galima valdyti per failų sistemą. Na, Unix sistemose viskas yra failai, net RAM atmintis. Tai labai smagu, nes su bet kokiu įrenginiu gali elgtis kaip su failu. Nori pasidaryti kokio nors kietojo disko kopiją — kopijuoji jo įrenginį atstovaujantį failą ir įsirašai į kitą kietąjį diską ir turi ano disko pilną atvaizdą. Paprasta, aišku ir efektyvu. Su GPIO tas pats.

Toliau visos pavyzdinės komandos iš root aplinkos.

Taigi, pirmiausia reikia Linux branduoliui pranešt, kad apskritai kažkokį elektrodą norim prisijungti ir kažką su juo daryti. Tas daroma įrašant elektrodo numeriuką į tam tikrą failą. Pradedu nuo 22-ojo elektrodo. Komanda štai tokia:

echo "22" > /sys/class/gpio/export

 

Po šios komandos /sys/class/gpio kataloge atsiranda katalogas gpio22, o jame — dar visa krūva failų. Mane domina tik direction ir value.

Jeigu visgi dirbsite iš kito vartotojo, ne root, aplinkos, galite šias komandas siuntinėti ir su sudo komanda. Tik pasakykit man, kaip jums atrodo, ar veiks tokia komanda:

sudo echo "22" > /sys/class/gpio/export

 

Jei truputuką pažįstate Linux sistemą, tai suprasite iš karto, kame čia bėda. sudo komanda šiuo atveju echo komandą vykdo, kaip root. Bet sudo komanda kaip root, vykdo tik pirmąją eilėje komandą. Tolimesnės yra vėl vykdomos to paties vartotojo, kuris paleido sudo. O štai srauto operatorius „>“ kažkuria prasme irgi komanda ir jis vykdomas… pradinio vartotojo. Taigi root teisėmis įvykdytos komandos echo rezultatas perimamas paprasto vartotojo ir bandomas nukreipti į root teisėmis apsaugotą failą… Aišku? Jei neaišku, tai rezultatas toks, kad taip neveikia 🙂 Teisingas būdas yra toks:

sudo sh -c 'echo "22" > /sys/class/gpio/export'

 

Vykdom shell komandą kaip root ir jai perduodam įvykdyti visą komandos eilutę. Tada viskas ir pavyksta sėkmingai.

Čia šiek tiek nukrypau į šalį. Grįžtam. Taigi turim jau sukurtą gpio22 elektrodą, kuriuo galima manipuliuoti. Manipuliuoju, nustatau, kad elektrodo kryptis būtų „IN“:

echo "in" > /sys/class/gpio/gpio22/direction

 

Dabar kažkaip reikia įjungti pullup rezistorių. Tame pačiame pavyzdyje tai daroma šitaip:

echo "high" > /sys/class/gpio/gpio22/direction

 

Pabandau. Nuskaitau reikšmę iš /sys/class/gpio22/value. Akurat, vienetukas. Gerai, spaudžiu mygtuką, trumpinu į „žemę“. Laikau nuspaudęs ir vėl nuskaitau failą. O ten vis tiek vienetukas. Hmm. Nuskaitau „direction“ failą dėl visa ko, o ten — apvalus „out“. O aš taigi „in“ nustačiau… Pasirodo, internete esančiais pavyzdžiais pasitikėt negalima. Netikiu, kad taip galėjo veikti. Perknisau dar biškį interneto, sako, kad gi „high“ į „direction“ failą vienu ypu perjungia elektrodą į išvesties režimą (t.y. „out“) ir nustato jame loginį vienetą… Visi kiti bandymai, kad ir įrašyti vienetuką į „value“ failą su kryptimi „in“, nepavyko.

Galų gale atsiverčiau rimtesnius pavyzdžius su tais pullup rezistoriais ir išsiaiškinau, kad per failų sistemą to padaryti negalima, galima tik tiesiogiai valdant atitinkamus atminties registrus. O tai jau truputį kitoks kodijimas, nei srautų siuntinėjimas į kelis failiukus… Bet čia nieko baisaus, radau kuklią programėlę, pavadintą gpio-admin, kuri parašyta visai gražia C kalba ir valdo visus GPIO aspektus. Man, tiesa, tereikėjo tik pullup kaip nors panaudoti. Taigi su gpio-admin ši užduotis pasidarė labai paprasta:

gpio-admin export 22 pullup

 

Va ir viskas, turiu „in“ kryptimi nustatytą elektrodą, faile value kabo loginis vienetukas, paspaudus mygtuką jame tuoj pat atsiranda nulis.

Kitas žingsnis — sukurti shell skriptuką, kuris kas kokią sekundę (dažniau nelabai reikia) patikrintų elektrodo reikšmę value faile ir jei ji tampa loginiu nuliu, ką nors įvykdytų. Pavyzdžiui, į failą įrašytų eilutę „Gavau nulį 22-am elektrode!!!“ ar perkrautų Raspberry Pi.

Pavyzdukas labai paprastas. Amžinas „while“ ciklas ir rašymas į failą (elektrodų konfigūravimo eilutės praleistos):

while [ true ]
do
    if [ "$(cat /sys/class/gpio/gpio22/value)" == '0' ]
    then
        echo "Gavau nulį 22-am elektrode!!!" >> $LOG_FILE
    fi
    sleep 1
done

Va ir viskas. Šį skriptuką paleidau pabandymui ir pamačiau, kad jis tikrai veikia. Viskas liuks. Tuoj pakartojau reikalą 23 ir 24 elektrodui. Na, o skriptuką patalpinau /etc/init.d kataloge, kur visokie „demoniukai“ guli. „Daemon“ Linux terminologijom yra foninė programa, kažką naudingo veikianti. Pavyzdžiui, tai gali būti SSH serveris, interneto serveris, torentų siuntimo serveris ir pan. Foninė programa, trumpai tariant.

Kad tas naujasis demoniukas būtų paleistas, įdėjau eilutę į /etc/rc.local skriptą, pačioje pabaigoje:

/etc/init.d/knopkes.sh &

 

Ampersandas gale, kaip galbūt žinote, reiškia, kad programa bus paleista fone ir pamiršta. Be ampersando rc.local skriptas lauktų, kol programėlė išsijungs, o juk ji neišsijungtų niekad… ir Raspberry Pi neužsikrautų, taip ir kabotų kažkur nežinomybėje.

Viskas gerai, mygtukų gaudymo demoniukas sukasi fone, veikia, kaip priklauso. Tik viena bėda: naudoja apie 1% Raspberry Pi procesoriaus resursų. Daugoka, kaip tokiam, beveik nieko neveikiančiam, daiktui. Ypač, kad kiti, daug galingesni, procesai naudoja dar mažiau. O juk to procesoriaus ir taip labai nedaug.

Išeitis vienintelė: perrašyti demoną su C++. shell skripto interpretavimui suvalgoma per daug resursų, kviečiamos viena po kitos kelios komandos, jų „laidymas“ labai neefektyvus. Todėl truputuką pramiklinęs pirštus prisiminau, kas yra ifstream ir ofstream ir perrašiau demoniuką su C++. Išorines komandas vykdau su system komanda, o pats demoniukas sukasi fone ir labai retai top sąraše apskritai pasirodo. O ir nuskaitinėja reikšmes kas pusę sekundės.

Tiems, kam įdomu, štai ir to demoniuko kodas. Jis labai primityvus, paprastas, elektrodų reikšmės nustatomos vis dar iš shell skripto, o ne iš pačios programėlės, bet visgi veikia. Kada nors vėliau patobulinsiu iki to, kad būtų naudojami atminties registrai, turėtų dar mažiau resursų naudot:

#include <stdlib.h>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

using namespace std;
string gpio22 = "/sys/class/gpio/gpio22/value";
string gpio23 = "/sys/class/gpio/gpio23/value";
string gpio24 = "/sys/class/gpio/gpio24/value";

void readGPIO(string gpio, string &val) {
    ifstream get_gpio(gpio.c_str());
    if (get_gpio < 0) {
        cout << "Nepavyko atidaryti " << gpio << "\n";
        return;
    }
    get_gpio >> val;
    get_gpio.close();
}

int main() {
    string val;
    while(1) {
        readGPIO(gpio22, val);
        if (val == "0") {
            system("halt");
        }
        readGPIO(gpio23, val);
        if (val == "0") {
            system("sudo -u pi /home/pi/bin/startxbmc.sh");
        }
        readGPIO(gpio24, val);
        if (val == "0") {
            system("sudo -u pi /home/pi/bin/startx.sh");
        }
        usleep(500000);
    }
    return 0;
}

Kol kas tiek. O kadangi man nepatinka, kaip kaista mano avietė, tai dabar eisiu projektuoti jai kokios nors aušinimo sistemos.