TX2 核心板 GPIO、IO扩展器、拨码开关、LED灯 使用总结

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#PS:这个只是 《 我自己 》理解，如果和你的

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起因

我们有个项目，做了一个基于TX2核心板的硬件板卡，这个板卡除了做相关算法的检测之外，还得提供一些控制LED啊、通过拨码开关这些来设置一些内容的小功能，你说气不气，这些小功能还必须要实现。如果LED和拨码开关直接挂载到tx2的gpio上的话，就没有必要写本文了，没意义，因为只要学过嵌入式的人，给他一个板子，再差劲，读取和设置一个gpio的高低电平总会吧。如果不会，建议还多学学嵌入式基础知识(从单片机玩起来，先裸奔，再上OS)。

这里我们知道，其实对于芯片来说，引脚是非常珍贵的，如果芯片所需要实现的功能复杂，那么通用的io管脚异常珍贵，这里就出现了一个种器件，叫做IO扩展器（所实话，我都不知道这样翻译对不对），从名字可知，就是较少的引脚扩展出更多的引脚，本文就是用两个引脚扩展出了16个引脚。

TX2上,由于使用了Linux，读取和设置gpio也是非常简单的，直接打开相关的gpio设备，读写即可。不要问我为啥要用linux，不用其他os，或者直接裸机控制，我只能够回答曰：我是想啊，可是我实力不允许啊，什么caffe、opencv、ncnn、cuda等等堆到其他系统或者裸机下，我着实能力不够，弄不过去，关键还麻烦。

IO扩展器

IO扩展器原理简介

其实本文的核心就是IO扩展器，这个器件由于我玩的板子少，见识少，我是第一次见到这种器件。下图就是这种器件在tx2手册里面的推荐使用方法。

这种器件就是通过某种总线，然后扩展出尽可能多的io口。这里的这个器件通过I2C总线，扩展出16个io口。
这里我们可以看到：
SCL和SDA是I2C通信总线，A0和A1是可编程配置I2C从器件地址。（这里不懂也没关系，就是这个器件的地址可以编程设置，至于为啥要有这个地址，可以简单理解为一个总线挂载多个设备，某一时刻总线只能为其中一个设备提供服务，这些设备的区分就是通过地址来完成的。）

P00-P17是扩展出来的IO口。

知道以上足够了，没学过的也足够了。

这个器件的特性是：
通过I2C协议操作他的寄存器，他有8个8位寄存器，0-1寄存器是INPUT用，2-3寄存器是OUTPUT用，4-5好像是优先级裁决，6-7是配置寄存器，就是配置IO口是输出还是输入，如果接触过单片机、stm32这种的GPIO程序的话，是很好理解的。（手动滑稽，我出了校门就没接触过了）
不要问下图的是什么器件（问就是不知道，手动滑稽），这只是举个例子，这个io扩展器的寄存器分配以及功能就是这样的。

IO扩展器编程操作—shell command

首先这个器件是通过I2C协议操作的，不用关心I2C是什么，他们你可以类比为HTTP。
那么Linux上怎么通过I2C操作这个器件呢？
首先，Linux上有一组工具：i2c-tool，它可以读取所有芯片的i2c bus上挂载的芯片，设置和读取寄存器等等，拿来做测试或者封装一个程序都是不错的。TX2的ubuntu16.04是自带这个工具的，他的详细用法大家去百度，我不造轮子了。
在Ubuntu里面操作I2C是非常简单的，你不需要关心I2C的具体传输规定，不用管时序这些烦人的事情。
首先我们先用工具来测试，美滋滋：
还记得上文我提了这个IO扩展器的从地址的事情吗？由于我的A0和A1都是接的低电平，在这里我的器件地址是0x74，怎么来的，看下图。

然后通过i2cdetect查看我们器件的位置（0x74）（注意，这个命令需要传入一个I2C总线序号，我这里是0，也就是说你要知道你这个IO扩展器挂载到哪个总线上的，这和SCL和SDL接线有关，有兴趣的可以去翻一翻手册就知道了，UU代表有人在占用这个设备）

shell:>i2cdetect -y -r -a 0

i2cdump可以通过标准i2c协议探测出所有的寄存器的值，下图8个寄存器的值就的出来了，分别对应上面的寄存器说明。XX代表没有这个寄存器。
shell:>i2cdump -f -y 0 0x74

然后：
i2cset -f -y i2c_bus_num slave_addr reg_num value 设置寄存器值
i2cget -f -y i2c_bus_num slave_addr reg_num 获取寄存器值

其实通过上面的操作就可以完成整个io扩展器的操作，我们可以通过程序执行shell命令的方式设置和操作值。

IO扩展器编程操作—syscall

实际上，linux做了很多东西，我们可以用标准的linux sys-api来完成以上内容，其实这些api就是i2ctool使用的部分。
下面不墨迹，直接给出led操作的接口，有需要的参考吧。

int open_led_device(const char * i2c_bus_num, int slave_addr){

    int fd = 0; 

    if ( 0 > (fd = open(i2c_bus_num, O_RDWR)) ){//打开i2c总线

        perror("open i2c bus error:");
        return -1;
    }

    if(ioctl(fd, I2C_SLAVE_FORCE, DEVICE_I2C_ADDR) < 0) {//设置从器件地址，这里使用I2C_SLAVE_FORCE进行强行设置，那么这个设备忙

        perror("set device slave addr error:"); 
        return -1; 
    }

    if ( 0 > write_led_register(fd, LED_REG1_CFG_ADDR, LED_REG1_CFG_VAL) ){//设置写寄存器值，这两个宏和你的硬件连线有关。这里不给出。

        printf("init pin for output-mode failed.\n");
        close(fd);
        return -1;
    }

    return fd;

}

int read_led_register(int fd, char reg_addr, char *read_val){//读寄存器

    if (write(fd, &reg_addr, 1) != 1){//write reg addr ,从器件地址通过open接口设置好后，先写入要读的reg地址

        perror("set reg addr error:"); 
        return -1; 
    }

    if ( read(fd, read_val, 1) != 1 ){//read data，等待i2c返回刚刚要查询的reg值

        perror("read reg error:"); 
        return -1; 
    }
    return 0;
}

int write_led_register(int fd, char reg_addr, char data){//写寄存器

    char tmp_buf[2];


    tmp_buf[0] =  reg_addr;//reg 地址
    tmp_buf[1] = data;//reg 值


    if (write(fd, tmp_buf, 2) != 2){//write data

        perror("write data error:"); 
        return -1; 
    }

    return 0;
}

void close_led_device(int fd){//关闭

    close(fd);
}

LED灯

此处省略XXX字。
相信每个人都知道，常规情况下，在LED灯的两边加电源正极和负极，灯就能亮。在电路设计上，一般来说，LED灯的一端都是和电源正极或者负极是连接好的，另一端和GPIO口接上。如果GPIO输出的电压和另一端电压逻辑一致（比如都是高电平、都是低电平），灯就不亮，反之就亮。
注意：这段话是有毛病的，但是一般人这样理解就行了（不了解电子电路的就看到这就行了）。对于懂的人，这里多说一句，这里还有一个三极管做开关作用，也是就说LED灯两端都接在电源正负极，中间有个三极管开关。

拨码开关

这种器件，又是另外一种新奇的东西了，感觉我这两年写的“祖传屎山“太多了，现在看到各种硬件器件都是眼前一亮的感觉。
就是类似下图这种。


其作用是：
你可以人为的按这个±号按钮，设置数字，这个数字会反应到电路上，从而芯片可以读取你设置的数字。
说白了，你的系统中有个数字参数，你可以通过这种器件进行手动设置，通过驱动程序，就可以更改这个系统参数，是不是 so 简单。

这里简单说明一下电路是怎么反应出对应的数字的：
我就举个栗子，下图是个例子拨码开关（手动滑稽，这里多说一句，上图的拨码开关，是4个拨码开关合在一起的，下图的这个输出编码是一个拨码开关的）

这里可以简单理解为：
一个拨码开关有5个引脚，一个引脚是C，接GND或者VCC，其他4个是编码引脚，是需要接GPIO，并去取编码的。
其实很简单：
例如：C端我接VCC，1248默认值为0，那么数字1，1号引脚接通，那么8421io口输出二进制就是0001，转换为10进制，就是1.
然后写个程序读取这4个脚的值，转换一下，就OK。
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