Android Things：外设I/O接口-GPIO

2017-04-23 本文已影响80人 1024工场

一、接口简介

通用输入/输出（General Purpose Input/Output），简单的传感器使用这个API，如运动探测器、距离探测器，和电平开关使用一个二进制值-高或者低来报告它们的状态。它引脚提供了可编程的接口，来读取二进制输入设备的状态（如开关按钮）或者控制二进制输出设备的开关状态（例如LED等）。

你可以配置GPIO引脚为具有高低状态的输入或者输出：

作为输入：外部源决定这个状态，你的app可以读取当前的值或者对状态的变化做出反应。
作为输出：你的app配置引脚的状态。

二、使用步骤

对于GPIO接口的操作，主要有如下几个步骤：
1. 打开连接

创建PeripheralManagerService 对象，使用你要打开的端口的名称调用openGpio()方法打开指定端口的连接。

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState); 
    // Attempt to access the GPIO
    try {
        PeripheralManagerService manager = new PeripheralManagerService();
        mGpio = manager.openGpio(GPIO_NAME);
    } catch (IOException e) {
         Log.w(TAG, "Unable to access GPIO", e);
    }
}

2. 读取输入

使用DIRECTION_IN模式调用setDirection()方法配置端口为输入。
使用ACTIVE_HIGHT或者ACTIVE_LOW调用setActiveType()方法，配置高（接近LOREF）或者低（接近zero）电压状态作为true（活动的）返回。
使用getValue()方法返回当前状态。

public void configureInput(Gpio gpio) throws IOException {
      gpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_IN);
      gpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_HIGH);
      if (gpio.getValue()) {
      } else {
      }
}

3. 监听输入变化

GPIO端口被配置为输入后，当它的状态在高和低之间改变时会通知你的app。注册这些改变事件：
在活动的端口连接添加一个GpioCallback。
使用setEdgeTriggerType()方法声明触发中断事件的状态变化。边缘触发器支持下面的四个类型：
- EDGE_NONE：没有中断事件，这个是默认的值。
- EDGE_RISING：从低到高过渡中断。
- EDGE_FALLING：从高到低过渡中断。
- EDGE_BOTH：在所有状态转换中断。
onGpioEdge()方法返回true意味着这个监听器会持续获取端口的每个状态改变事件。
当你的app不在监听输入事件的时候，注销所有中断Handler。

public void configureInput(Gpio gpio) throws IOException {
      gpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_IN);
      gpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_LOW);

      gpio.setEdgeTriggerType(Gpio.EDGE_BOTH);
      gpio.registerGpioCallback(mGpioCallback);
}
private GpioCallback mGpioCallback = new GpioCallback() {
      @Override
      public boolean onGpioEdge(Gpio gpio) {
          if (mDevice.getValue()) {
          } else {
          }
          return true;
      }
      @Override
      public void onGpioError(Gpio gpio, int error) {
          Log.w(TAG, gpio + ": Error event " + error);
      }
}; 
@Override
protected void onStop() {
      super.onStop();
      // Interrupt events no longer necessary
      mGpio.unregisterGpioCallback(mGpioCallback);
}

4. 写入输出

使用DIRECTIOIN_OUT_INITIALLY_HIGHT或者DIRECTION_OUT_INITIALLY_LOW模式调用setDirection()方法配置它为输出。这些模式确保了端口的初始化状态在配置时间正确设置。
配置高（接近IOREF）或者低（接近zero）电压信号作为true（活动）返回，使用ACTIVE_HIGHT或者ACTIVE_LOW调用setActiveType()方法。
使用setValue方法来设置当前状态。

public void configureOutput(Gpio gpio) throws IOException {
      gpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_HIGH);
      gpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_LOW);
      gpio.setValue(true);
}

5. 关闭连接

当完成GPIO端口通信，使用close()方法关闭连接并释放资源。

@Override
protected void onDestroy() {
      super.onDestroy();
      if (mGpio != null) {
          try {
              mGpio.close();
              mGpio = null;
          } catch (IOException e) {
              Log.w(TAG, "Unable to close GPIO", e);
          }
      }
}

三、案例演示

这里我们演示一个案例，通过BCM21监听开关按钮的开关产生的输入信号，从而通过BCM5输出信号控制LED灯的开关。
1. 硬件准备

树莓派开发板 1块
面包板 1块
LED灯 1个
开关按钮 1个
电阻 2个
杜邦线（公对公，公对母）若干

2. 电路搭建

电路图

3. 代码编写
GpioDemo\app\src\main\java\com\chengxiang\gpiodemo\MainActivity.java

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    //输入和输出GPIO引脚名称
    private static final String GPIO_IN_NAME = "BCM21";
    private static final String GPIO_OUT_NAME = "BCM5";

    //输入和输出Gpio
    private Gpio mGpioIn;
    private Gpio mGpioOut;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        PeripheralManagerService manager = new PeripheralManagerService();
        try {
            //打开并设置输入Gpio，监听输入信号变化（开关按钮的开关）
            mGpioIn = manager.openGpio(GPIO_IN_NAME);
            mGpioIn.setDirection(Gpio.DIRECTION_IN);
            mGpioIn.setEdgeTriggerType(Gpio.EDGE_FALLING);
            mGpioIn.setActiveType(Gpio.ACTIVE_HIGH);
            mGpioIn.registerGpioCallback(mGpioCallback);

            //打开并设置输出Gpio
            mGpioOut = manager.openGpio(GPIO_OUT_NAME);
            mGpioOut.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_HIGH);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private GpioCallback mGpioCallback = new GpioCallback() {
        @Override
        public boolean onGpioEdge(Gpio gpio) {
            try {
                //当按开关按钮的时候，改变输出Gpio的信号，从而控制LED灯的亮和灭
                mGpioOut.setValue(!mGpioOut.getValue());
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            return true;
        }

        @Override
        public void onGpioError(Gpio gpio, int error) {
        }
    };

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        //关闭Gpio
        if (mGpioIn != null) {
            try {
                mGpioIn.unregisterGpioCallback(mGpioCallback);
                mGpioIn.close();
                mGpioIn = null;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        if (mGpioOut != null) {
            try {
                mGpioOut.close();
                mGpioOut = null;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

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4. 运行结果
通过按钮的开关，来控制LED等的亮和灭。

开关关LED灭

开关开LED亮

提示1：在实验的过程中，发现使用BCM6引脚会报错如下：

03-04 15:12:48.497 29491-29491/com.chengxiang.gpiodemo W/System.err: com.google.android.things.pio.PioException: android.os.ServiceSpecificException: BCM6 driver failure
03-04 15:12:48.497 29491-29491/com.chengxiang.gpiodemo W/System.err:     at com.google.android.things.pio.GpioImpl.setDirection(GpioImpl.java:64)
03-04 15:12:48.497 29491-29491/com.chengxiang.gpiodemo W/System.err:     at com.chengxiang.gpiodemo.MainActivity.onCreate(MainActivity.java:39)
03-04 15:12:48.497 29491-29491/com.chengxiang.gpiodemo W/System.err:     at android.app.Activity.performCreate(Activity.java:6662)
03-04 15:12:48.497 29491-29491/com.chengxiang.gpiodemo W/System.err:     at android.app.Instrumentation.callActivityOnCreate(Instrumentation.java:1118)

处理1：更换BCM5接口即正常，目前只能猜测是否是things系统的bug造成。

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