原子学习笔记3——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);
}

程序中定义了两个宏，LED_TRIGGER 和 LED_BRIGHTNESS，分别对应/sys/class/leds/sys-led/trigger 和/sys/class/leds/sys-led/brightness 属性文件；程序首先会调用 open()函数打开这两个属性文件，之后判断传入参数指向相应的动作，传入"on"表示点亮 LED，先调用 write()将"none"
写入到 trigger 属性文件中，也就是设置为无触发，接着再向 brightness 属性文件中写入"1"点亮 LED；传入"off"表示熄灭 LED，同样也是先调用 write()将"none"写入到 trigger 属性文件设置 LED 为无触发，接着再向brightness 属性文件中写入"0"熄灭 LED；传入"trigger"表示设置 LED 的触发模式，则需要传入第二个参数，第二个参数表示需要设置的模式。

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
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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。

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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

ping www.baidu.com -I wlan0

接下来执行 testApp 程序测试：

./testApp on # 点亮 LED
./testApp off # 熄灭 LED
./testApp trigger timer # LED 会有规律的一亮一灭，被定时器控制住

在这里插入图片描述
结果与执行的一致。