原子学习笔记5——点亮 LED-编程知识

一、应用层操控设备的两种方式

应用层如何操控底层硬件，同样也是通过文件 I/O 的方式来实现，设备文件便是各种硬件设备向应用层提供的一个接口，应用层通过对设备文件的 I/O 操作来操控硬件设备，譬如 LCD 显示屏、串口、按键、摄像头等等，所以设备文件其实是与硬件设备相互对应的。设备文件通常在/dev/目录下，我们也把/dev 目录下的文件称为设备节点。
设备节点并不是操控硬件设备的唯一途径，除此之外，我们还可以通过 sysfs 文件系统对硬件设备进行操控。

1、sysfs 文件系统

sysfs 是一个基于内存的文件系统，同 devfs、proc 文件系统一样，称为虚拟文件系统；它的作用是将内核信息以文件的方式提供给应用层使用。

2、sysfs 与/sys

sysfs 文件系统挂载在/sys 目录下，启动 ALPHA 开发板，进入 Linux 系统（开发板出厂系统）之后，我们进入到/sys 目录下查看，如下所示
在这里插入图片描述
上图显示的便是 sysfs 文件系统中的目录，包括 block、bus、class、dev、devices、firmware、fs、kernel、modules、power 等
系统中所有的设备（对象）都会在/sys/devices 体现出来，是 sysfs 文件系统中最重要的目录结构；而
/sys/bus、/sys/class、/sys/dev 分别将设备按照挂载的总线类型、功能分类以及设备号的形式将设备组织存放在这些目录中，这些目录下的文件都是链接到了/sys/devices 中。
设备的一些属性、数据通常会通过设备目录下的文件体现出来，也就是说设备的数据、属性会导出到用户空间，以文件形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持，可以把这些文件称为属性文件；读这些属性文件就表示读取设备的属性信息，相反写属性文件就表示对设备的属性进行设置、以控制设备的状态。

3、总结

这里给大家进行一个总结，应用层想要对底层硬件进行操控，通常可以通过两种方式：

/dev/目录下的设备文件（设备节点）；
/sys/目录下设备的属性文件。
具体使用哪种方式需要根据不同功能类型设备进行选择，有些设备只能通过设备节点进行操控，而有些设备只能通过 sysfs 方式进行操控；当然跟设备驱动具体的实现方式有关，通常情况下，一般简单地设备会使用 sysfs 方式操控，其设备驱动在实现时会将设备的一些属性导出到用户空间 sysfs 文件系统，以属性文件的形式为用户空间提供对这些数据、属性的访问支持，譬如 LED、GPIO 等。但对于一些较复杂的设备通常会使用设备节点的方式，譬如 LCD 等、触摸屏、摄像头等。

二、LED 硬件控制方式

对于 ALPHA开发板出厂系统来说，此 LED 设备使用的是 Linux 内核标准 LED 驱动框架注册而成，在/dev 目录下并没有其对应的设备节点，其实现使用 sysfs 方式控制。进入到/sys/class/leds 目录下，如下所示：
在这里插入图片描述
上小节介绍了/sys/class 目录，系统中的所有设备根据其功能分类组织到了/sys/class 目录下，所以/sys/class/leds 目录下便存放了所有的 LED 类设备。从上图可以看到该目录下有一个 sys-led 文件夹，这个便是底板上的用户 LED 设备文件夹。
这里我们主要关注便是 brightness、max_brightness 以及 trigger 三个文件，这三个文件都是 LED 设备的属性文件：
trigger：触发模式，该属性文件可读可写，读表示获取 LED 当前的触发模式，写表示设置 LED 的触发模式。不同的触发模式其触发条件不同，LED 设备会根据不同的触发条件自动控制其亮、灭状态，通过 cat 命令查看该属性文件，可获取 LED 支持的所有触发模式以及 LED 当前被设置的触发模式：
在这里插入图片描述
方括号（[heartbeat]）括起来的表示当前 LED 对应的触发模式，none 表示无触发，常用的触发模式包括none（无触发）、mmc0（当对 mmc0 设备发起读写操作的时候 LED 会闪烁）、timer（LED 会有规律的一亮一灭，被定时器控制住）、heartbeat（心跳呼吸模式，LED 模仿人的心跳呼吸那样亮灭变化）。
通常系统启动之后，会将板子上的一颗 LED 设置为 heartbeat 触发模式，将其作为系统正常运行的指示灯，譬如 ALPHA 开发板系统启动之后，底板上的用户 LED 就会处于心跳呼吸模式。
通过上面的介绍，已经知道如何去控制 ALPHA开发板底板上的用户 LED 了，譬如通过echo 命令进行控制：

echo timer > trigger //将 LED 触发模式设置为 timer
echo none > trigger //将 LED 触发模式设置为 none
echo 1 > brightness //点亮 LED echo 0 > brightness//熄灭 LED

使用 echo 或 cat 命令进行测试、控制 LED 状态；除了使用 echo 或 cat 命令之后，同样我们编写应用程序，使用 write()、read()函数对这些属性文件进行 I/O 操作以达到控制 LED 的效果。

三、编写 LED 应用程序

1、例程源码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#define LED_TRIGGER "/sys/class/leds/sys-led/trigger"
#define LED_BRIGHTNESS "/sys/class/leds/sys-led/brightness"
#define USAGE() fprintf(stderr, "usage:\n" \" %s <on|off>\n" \" %s <trigger> <type>\n", argv[0], argv[0])
int main(int argc, char *argv[])
{int fd1, fd2;// /* 校验传参 if (2 > argc) {USAGE();exit(-1);}// /* 打开文件 fd1 = open(LED_TRIGGER, O_RDWR);if (0 > fd1) {perror("open error");exit(-1);}fd2 = open(LED_BRIGHTNESS, O_RDWR);if (0 > fd2) {perror("open error");exit(-1);}// /* 根据传参控制 LED if (!strcmp(argv[1], "on")) {write(fd1, "none", 4); //先将触发模式设置为 nonewrite(fd2, "1", 1); //点亮 LED}else if (!strcmp(argv[1], "off")) {write(fd1, "none", 4); //先将触发模式设置为 nonewrite(fd2, "0", 1); //LED 灭}else if (!strcmp(argv[1], "trigger")) {if (3 != argc) {USAGE();exit(-1);}if (0 > write(fd1, argv[2], strlen(argv[2])))perror("write error");}elseUSAGE();exit(0);
}

2、开发板上测试

启动开发板进入 Linux 系统，将上小节编译得到的可执行文件 testApp 拷贝到开发板根文件系统中，譬如拷贝到开发板 Linux 系统的家目录下，如下图所示：
在这里插入图片描述
拷贝方法很多，介绍下 scp 命令：
1、将开发板用网线连接在与虚拟机同一个路由器下，查看下开发板的IP地址。
例如，在 home 目录下有个 test 文件我们要把这个 test 文件传到开发板的/home/root 目录（我们一般传文件都是传文件到家目录（/home/root）的）。指令格式如下

scp 文件 用户名@ip 地址:路径

例：scp testApp root@192.168.5.14:/home/root
指令格式分析:
testApp 要传输的文件
root 为用户名，开发板默认的就是 root 用户，拥有最高权限
@ 一个符号
192.168.5.14 开发板 ip
: 这里要加一个英文字符的“:”，不要忘记了！
/home/root 要传输到开发板的路径
在这里插入图片描述
在开发板/home/root 可以看到 testApp 文件已经通过网络传输到开发板了。
2、用WiFi驱动，同样是获取IP地址
首先插上USBWiFi，进入终端

cd /home/root/shell/wifi
ls

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使用station上网模式

wpa_cli -i wlan0 scan_result // 此指令需要启动进入后再插 WIFI 才生效，需要 wpa_supplicant 在运行。

在这里插入图片描述

source ./alientek_usb_wifi_setup.sh -m station -i ALIENTEK-YF -p 1590202**** -d wlan0

参数解释：
-m station ：设置成 station 模式
-i ALIENTEK-YF ：无线网络名称(ssid)。
-p 1590202**** ：无线网络密码(psk)。
-d wlan0 ：USB WIFI 节点
看到下图已经获取到 ip 信息就代表连接无线网络成功，如果没有获取到 ip 信息，请检查密码是否正确或者重试指令。
在这里插入图片描述
若未能正常获取 ip，等待 RTL871X: set group key camid:5 这句话出现后输入 udhcpc -i wlan0 指令重新获取 ip。若没有这句话，请检查无线网络信息是否正确。
测试是否能上网，使用 ping 指令 ping 百度，可按 ctrl+c 终止执行指令