Android Things 外设I/O-GPIO

写在前面的话：由于外设I/O涉及到GPIO、PWM、和串行通信三部分，而串行通信有讲了I²C（IIC）、SPI、UART，这样导致本文的篇幅过长不便于阅读，特此将本文分成几部分来方便阅读

1. Android Things 外设I/O-GPIO
2. Android Things 外设I/O-PWM
3. Android Things 外设I/O-I²C（IIC）
4. Android Things 外设I/O-SPI
5. Android Things 外设I/O-UART

Android Things提供了外设I/O API，使用行业标准协议和接口与传感器和执行器进行通信。

通用输入/输出（GPIO）

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将此API用于简单传感器，例如运动探测器、接近探测器和电平开关，它们将当前状态报告为二进制值高或低。

通用输入/输出（GPIO）引脚提供了一个可编程接口，用于读取二进制输入设备（例如按钮开关）的状态或控制二进制输出设备（例如LED）的开/关状态。

您可以将GPIO引脚配置为具有高或低状态的输入或输出。 作为输入时，当外部源状态确定，您的应用程序就可以读取当前值，或者对状态更改做出相应反应。 作为输出时，您的应用程序可以配置引脚的状态。

注意：为避免损坏GPIO引脚，请在连线之前检查硬件的输入和输出限制。 请参阅硬件基础并查阅硬件的文档。

管理连接

为了打开到GPIO端口的连接，您需要知道唯一的端口名称。 在开发的初始阶段或将应用程序移植到新硬件时，通过getGpioList()从PeripheralManagerService找到所有可用的端口名称很有帮助：

PeripheralManagerService manager = new PeripheralManagerService();
List portList = manager.getGpioList();
if (portList.isEmpty()) {
    Log.i(TAG, "No GPIO port available on this device.");
} else {
    Log.i(TAG, "List of available ports: " + portList);
}

知道端口名称后，就可以使用PeripheralManagerService连接到该端口。 当您完成与GPIO端口的通信后，记得关闭连接以释放资源。 此外，在现有连接关闭之前，无法打开与同一端口的新连接。 要关闭连接，请使用端口的close()方法。

public class HomeActivity extends Activity {
    // GPIO引脚名称
    private static final String GPIO_NAME = ...;

    private Gpio mGpio;

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

    @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);
            }
        }
    }
}

从输入端读取

要读取GPIO作为输入端的端口：

1. 使用mode DIRECTION_IN的setDirection()将其配置为输入。
2. 通过使用ACTIVE_HIGH或ACTIVE_LOW调用setActiveType()，将高电平（接近IOREF）或低电平（接近零）电压信号配置为真（活动）。
3. 使用getValue()方法访问当前状态。

以下代码显示如何设置具有与高电压电平相关联的活动状态的输入：

public void configureInput(Gpio gpio) throws IOException {
    // 将引脚初始化为输入
    gpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_IN);
    // 高电平有效
    gpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_HIGH);

    ...

    // 读取有效的高引脚状态
    if (gpio.getValue()) {
        // 引脚为高电平
    } else {
        // 引脚为低电平
    }
}

监听输入状态变化

配置为输入的GPIO端口可以在其状态在高和低之间变化时通知应用程序。 要注册这些更改事件：

1. 将GpioCallback附加到活动端口连接。
2. 使用setEdgeTriggerType()方法声明触发中断事件的状态更改。 边沿触发支持以下四种类型：

• EDGE_NONE：无中断事件。 这是默认值。
• EDGE_RISING：从低到高的转换时中断
• EDGE_FALLING：从高到低的转换时中断
• EDGE_BOTH：所有状态转换的中断

3. 从onGpioEdge()内返回true以指示侦听器应继续接收每个端口状态更改的事件。
   以下代码为给定输入端口上的所有状态更改注册了一个中断侦听器：

public void configureInput(Gpio gpio) throws IOException {
    // 将引脚初始化为输入状态
    gpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_IN);
    // 设置低电平状态有效
    gpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_LOW);

    // 注册所有状态更改
    gpio.setEdgeTriggerType(Gpio.EDGE_BOTH);
    gpio.registerGpioCallback(mGpioCallback);
}
private GpioCallback mGpioCallback = new GpioCallback() {
    @Override
    public boolean onGpioEdge(Gpio gpio) {
        // 读取低电平有效的低电平状态
        if (mDevice.getValue()) {
            // 引脚为低电平
        } else {
            // 引脚为高电平
        }

        // 继续监听更多中断
        return true;
    }

    @Override
    public void onGpioError(Gpio gpio, int error) {
        Log.w(TAG, gpio + ": Error event " + error);
    }
};

4. 当您的应用程序不再监听传入事件时，取消注册所有中断处理程序：

public class HomeActivity extends Activity {
    private Gpio mGpio;
    ...

    @Override
    protected void onStart() {
        super.onStart();

        // 开始监听中断事件
        mGpio.registerGpioCallback(mGpioCallback);
    }

    @Override
    protected void onStop() {
        super.onStop();
        // 中断事件不再需要
        mGpio.unregisterGpioCallback(mGpioCallback);
    }
}

写入输出端口

以编程方式控制GPIO端口的状态：

1. 使用setDirection()将其配置为输出，模式为DIRECTION_OUT_INITIALLY_HIGH或DIRECTION_OUT_INITIALLY_LOW。 这些模式确保端口的初始状态也在配置时正确设置。
2. 通过使用ACTIVE_HIGH或ACTIVE_LOW调用setActiveType()，将高电平（接近IOREF）或低电平（接近零）电压信号配置为真（活动）。
3. 使用setValue()方法设置当前状态。

以下代码显示如何将输出设置为初始为高，然后使用setValue()方法将其状态切换为低：

public void configureOutput(Gpio gpio) throws IOException {
    // 将引脚初始化为高电平输出
    gpio.setDirection(Gpio.DIRECTION_OUT_INITIALLY_HIGH);
    // 低电平有效
    gpio.setActiveType(Gpio.ACTIVE_LOW);

    ...

    // 将值切换为LOW
    gpio.setValue(true);
}

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参考文献 https://developer.android.google.cn/things/sdk